[发明专利]一种包覆型氧化亚硅复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种包覆型氧化亚硅复合材料及其制备方法和应用，该方法是将微米级氧化亚硅与纳米级二氧化钛或纳米级二氧化钛前驱体以及表面改性剂混料后，进行热处理，得到二氧化钛@氧化亚硅；将二氧化钛@氧化亚硅的表面通过气相沉积碳包覆层后，进行解聚处理，即得碳@二氧化钛@氧化亚硅复合材料，该复合材料作为锂离子电池负极材料，可以降低锂离子在充放电过程中的迁移阻力，极大地减少了极化现象，使电池具有良好的首次放电库伦效率；且该制备方法简单，生产成本低，有利于大规模生产。

技术领域

本发明涉及了一种改性氧化亚硅复合材料，特别涉及一种具有碳和二氧化钛双包覆层的氧化亚硅复合材料，还涉及其制备方法，以及包覆型的氧化亚硅复合材料在锂离子电池上的应用，属于锂电池材料技术领域。

背景技术

目前氧化亚硅负极材料因其可逆容量达1965～4200mAh/g的特点，已成为高容量型负极的首选，其市场前景广阔。相比较石墨材料，氧化亚硅材料存在体积膨胀偏大的问题，一方面使得电极内部应力积累，造成电极粉化，降低循环性能，另一方面，体积变化也使得负极处的SEI膜反复消耗，造成活性锂的消耗，降低首次库伦效率，这一定程度上阻碍了硅基负极的大范围应用。

在锂电池中，适量的纳米二氧化钛因其疏松状存在，可降低粒子间应力、缓解材料循环过程中所造成的结构和体积的微小应变，增加电池的稳定性，提升电池循环性能。同时纳米二氧化钛具有改善材料在充放电过程中的极化问题的作用，对电池首次库伦效率略有提升的作用。

现有的技术中，对氧化亚硅负极材料的改性方法很多，如公开号为CN115295775A的中国专利公开了一种多功能氮氧化钛层修饰的氧化亚硅负极材料及其制备方法和应用，该材料是在球磨条件下充分混合均匀，经煅烧二氧化钛被部分氮化形成高电化学活性高稳定性的复合负极材料，可缓解硅基负极材料体积膨胀问题，稳定电极/电解液界面，增强材料表界面的离子/电子传导性，提高硅基负极的循环稳定性，但是该方法引入了机械球磨手段，一定程度上会造成微米级氧化亚硅材料中出现比例不可控的纳米级粉末，这会增加电极/电解液的副反应，影响循环性能。

公开号为CN111170364A的中国专利公开了碳包覆硅基钛铌复合材料、其制备方法及锂离子电池，将以去离子水为溶剂，加入钛源、铌源，经湿法研磨、喷雾干燥和高温煅烧获取钛铌氧化物，然后在无水乙醇的溶剂中，依次加入钛铌氧化物、硅源、碳源，经湿法研磨、喷雾干燥和高温煅烧获的碳包覆硅基钛铌复合材料；但是该制备过程中引入了无水乙醇，制备工艺条件苛刻，对设备和环境的要求高，限制了其应用。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明的第一个目的是在于提供一种包覆型氧化亚硅复合材料，该复合材料具有核壳结构，以微米级氧化亚硅为核，以纳米二氧化钛包覆层和碳包覆层双层包覆结构为壳，分布在氧化亚硅表面的纳米二氧化钛可以降低粒子间应力、缓解材料循环过程中所造成的结构和体积的微小应变，增加电池的稳定性，而纳米二氧化钛包覆层和碳包覆层可以协同改善复合材料与电解液之间的接触效果，降低锂离子在充放电过程中的迁移阻力，极大地减少极化现象，提升电池首次放电库伦效率，该复合材料用于锂离子电池具有较好的首次库伦效率和循环性能。

本发明的第二个目的是在于提供一种包覆型氧化亚硅复合材料的制备方法，该方法工艺简单、生产成本低，由该方法所得产品一致性良好。

本发明的第三个目的是在于提供一种包覆型氧化亚硅复合材料的应用，将其作为锂离子电池负极材料应用，能增加电池的稳定性，提升电池循环性能。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种包覆型氧化亚硅复合材料的制备方法，该方法是将微米级氧化亚硅与纳米级二氧化钛和/或纳米级二氧化钛前驱体以及表面改性剂混料后，进行热处理，得到二氧化钛@氧化亚硅；将二氧化钛@氧化亚硅的表面通过气相沉积碳包覆层后，进行解聚处理，即得碳@二氧化钛@氧化亚硅复合材料。