一种氧化硅碳复合负极材料、其制备方法及锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种氧化硅碳复合负极材料、其制备方法及锂离子电池，所述制备方法包括以下步骤：a)将氧化硅在惰性气氛下升温至第一温度，调节惰性气体流速，进行保温，得到硅纳米线连接的氧化硅复合材料；所述第一温度为800℃～1300℃；所述惰性气体流速为0sccm～800sccm；b)将步骤a)得到的硅纳米线连接的氧化硅复合材料调节至第二温度，在通入惰性气体的条件下，通入碳源气体进行化学气相沉积，冷却后得到氧化硅碳复合负极材料；所述第二温度为600℃～1000℃。本发明专利技术采用原位生长硅纳米线结合碳包覆的制备工艺，获得了硅纳米线连接的氧化硅碳复合负极材料；通过构建三维导电网络，有效缓解氧化硅基材料在充放电循环过程中的电子孤岛效应，具有优异的电化学性能。

Silicon dioxide carbon composite negative electrode material, preparation method and lithium ion battery thereof

The invention provides a silicon oxide carbon composite negative electrode material, a preparation method and a lithium ion battery. The preparation method comprises the following steps: a) heating silicon oxide in an inert atmosphere to the first temperature, regulating the flow of inert gas, holding the heat of the inert gas, and obtaining the silicon nanowire connected silicon oxide composite material; the first temperature. At 800 to 1300 degrees C, the inert gas flow rate is 0sccm to 800sccm; b) the silicon nanowire silicon composite material obtained by step a is adjusted to second temperature, and the carbon source gas is deposited by chemical vapor deposition under the inert gas, and the silica carbon composite anode material is obtained after cooling, and the second temperature is obtained. The degree is 600 degrees centigrade to 1000. The present invention uses in situ growth silicon nanowires and carbon coated technology to obtain the silicon and nanowire linked silica carbon composite negative electrode. By constructing a three-dimensional conductive network, the electronic islanding effect of the silicon oxide based material in the charge discharge cycle is effectively relieved and has excellent electrochemical performance.

【技术实现步骤摘要】
一种氧化硅碳复合负极材料、其制备方法及锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池
，更具体地说，是涉及一种氧化硅碳复合负极材料、其制备方法及锂离子电池。
技术介绍
随着各种移动电子设备，如智能手机、笔记本电脑等的广泛使用，锂离子电池因此受到了广泛的关注。但目前商用锂离子电池的能量密度和功率密度都很难达到科技发展对储能器件的要求。因此，开发高容量的电极材料迫在眉睫。相比于目前商业化使用的碳基负极材料，氧化硅基负极材料表现出明显的优势，如比容量高、嵌锂电位低、循环稳定及含量丰富等优势，因此氧化硅基负极材料被认为是一种极具开发潜力的高容量负极材料。但是，单纯的氧化硅材料作为锂离子电池负极材料却存在一些问题，其中：一方面其固有的导电性差的特点限制了其大量使用；另一方面其由于体积膨胀导致的电子失去接触也使得其在循环过程中的容量衰减，具体来说：氧化硅基负极材料在充放电过程中的体积膨胀效应(200％)很容易造成其容量衰减，其中很重要一点就是由于体积膨胀-收缩导致的活性材料颗粒之间失去电子接触造成的活性材料孤岛效应，活性材料一旦失去电子接触，将无法再进行脱/嵌锂，最终导致材料容量衰减。目前，针对氧化硅基负极材料导电性差及因体积变化造成的活性材料颗粒间电子失去接触导致的容量衰减问题，科研人员们提出了利用一维纳米材料构建三维导电网络，如将碳纳米管与氧化硅材料进行物理混合[FacileSynthesisandHighAnodePerformanceofCarbonFiberInterwovenAmorphousNano-SiOx/GrapheneforRechargeableLithiumBatteries,ACSAppl.Mater.Interfaces2013,5,11234]；但这种简单的物理混合法无法将氧化硅颗粒与一维纳米材料结合，经过几次充放循环后，仍然容易造成活性材料的电子失去接触的现象。再如Yoo等人利用金属铂催化，在高温热处理的过程中合成出类海胆结构的硅基负极材料，其中硅/氧化硅核壳结构的纳米线生长在微米尺度的硅颗粒表面并突出，相互之间构成三维网络[HelicalSilicon/SiliconOxideCoreShellAnodesGrownontotheSurfaceofBulkSilicon,NanoLetters,2011,11,4324]；但是该方法制备工艺复杂，需要借助铂等贵金属进行催化，制备成本高，难以实现实际生产应用。而现有技术还公开了直接制备一维硅纳米材料作为负极材料[Self-sacrificedsynthesisofcarbon-coatedSiOxnanowiresforhighcapacitylithiumionbatteryanodes,J.Mater.Chem.A,2017,5,4183]；但该方法主要也是利用贵金属催化，制备工艺复杂，成本高，无法实现实际产业应用，并且硅纳米线制备的电极振实密度低，严重影响其在实际应用中的体积能量密度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种氧化硅碳复合负极材料、其制备方法及锂离子电池，采用本专利技术提供的制备方法能够得到硅纳米线连接的氧化硅碳复合负极材料，具有优异的电化学性能。本专利技术提供了一种氧化硅碳复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：a)将氧化硅在惰性气氛下升温至第一温度，调节惰性气体流速，进行保温，得到硅纳米线连接的氧化硅复合材料；所述第一温度为800℃～1300℃；所述惰性气体流速为0sccm～800sccm；b)将步骤a)得到的硅纳米线连接的氧化硅复合材料调节至第二温度，在通入惰性气体的条件下，通入碳源气体进行化学气相沉积，冷却后得到氧化硅碳复合负极材料；所述第二温度为600℃～1000℃。优选的，步骤a)中所述惰性气氛通过反复抽放惰性气体进行。优选的，步骤a)中所述保温的时间为10min～40h。优选的，步骤a)中所述第一温度为950℃～1100℃；步骤b)中所述第二温度为700℃～900℃；所述调节至第二温度的降温速度为5℃/min～20℃/min。优选的，步骤b)中所述通入惰性气体的流速为100sccm～600sccm。优选的，步骤b)中所述碳源气体包括乙烯气体、乙炔气体、甲烷气体和乙醇气体中的一种或多种。优选的，步骤b)中所述通入碳源气体的流速为10sccm～400sccm。优选的，步骤b)中所述化学气相沉积的时间为10min～3h。本专利技术还提供了一种氧化硅碳复合负极材料，由上述技术方案所述的制备方法制备得到。本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液；所述负极包括上述技术方案所述的氧化硅碳复合负极材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的氧化硅碳复合负极材料。本专利技术提供了一种氧化硅碳复合负极材料、其制备方法及锂离子电池，所述氧化硅碳复合负极材料的制备方法包括以下步骤：a)将氧化硅在惰性气氛下升温至第一温度，调节惰性气体流速，进行保温，得到硅纳米线连接的氧化硅复合材料；所述第一温度为800℃～1300℃；所述惰性气体流速为0sccm～800sccm；b)将步骤a)得到的硅纳米线连接的氧化硅复合材料调节至第二温度，在通入惰性气体的条件下，通入碳源气体进行化学气相沉积，冷却后得到氧化硅碳复合负极材料；所述第二温度为600℃～1000℃。与现有技术相比，本专利技术采用原位生长硅纳米线结合碳包覆的制备工艺，获得了硅纳米线连接的氧化硅碳复合负极材料；通过构建三维导电网络，能够有效缓解氧化硅基材料在充放电循环过程中由体积变化导致的电子孤岛效应，从而使其具有优异的电化学性能。实验结果表明，本专利技术提供的氧化硅碳复合负极材料在锂离子电池中具有稳定的循环性能，其放电比容量稳定在800mAh/g以上，循环200圈后其容量保持率仍在80％以上。另外，本专利技术提供的制备方法简单易实现，且无需加入金属催化剂，成本低，适于商业化应用。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的硅纳米线连接的氧化硅碳复合负极材料的扫描电镜图；图2为本专利技术实施例2提供的硅纳米线连接的氧化硅碳复合负极材料的扫描电镜图；图3为本专利技术实施例3提供的硅纳米线连接的氧化硅碳复合负极材料的扫描电镜图；图4为本专利技术实施例4提供的硅纳米线连接的氧化硅碳复合负极材料的扫描电镜图；图5为本专利技术实施例5提供的硅纳米线连接的氧化硅碳复合负极材料的扫描电镜图；图6为对比例1提供的氧化硅碳复合负极材料的扫描电镜图；图7为本专利技术实施例1提供的硅纳米线连接的氧化硅碳复合负极材料的循环性能曲线；图8为本专利技术实施例2提供的硅纳米线连接的氧化硅碳复合负极材料的循环性能曲线；图9为对比例1提供的氧化硅碳复合负极材料的循环性能曲线。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种氧化硅碳复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：a)将氧化硅在惰性气氛下升温至第一温度，调节惰性气体流速，进行保温，得到硅纳米线连接的氧化硅复合材料；所述第一温度为800℃～1300℃；所述惰性气体流速为0scc本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化硅碳复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：a)将氧化硅在惰性气氛下升温至第一温度，调节惰性气体流速，进行保温，得到硅纳米线连接的氧化硅复合材料；所述第一温度为800℃～1300℃；所述惰性气体流速为0sccm～800sccm；b)将步骤a)得到的硅纳米线连接的氧化硅复合材料调节至第二温度，在通入惰性气体的条件下，通入碳源气体进行化学气相沉积，冷却后得到氧化硅碳复合负极材料；所述第二温度为600℃～1000℃。

【技术特征摘要】
1.一种氧化硅碳复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：a)将氧化硅在惰性气氛下升温至第一温度，调节惰性气体流速，进行保温，得到硅纳米线连接的氧化硅复合材料；所述第一温度为800℃～1300℃；所述惰性气体流速为0sccm～800sccm；b)将步骤a)得到的硅纳米线连接的氧化硅复合材料调节至第二温度，在通入惰性气体的条件下，通入碳源气体进行化学气相沉积，冷却后得到氧化硅碳复合负极材料；所述第二温度为600℃～1000℃。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述惰性气氛通过反复抽放惰性气体进行。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述保温的时间为10min～40h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述第一温度为950℃～1100℃；步骤b)中所述第二温度为700℃～900℃；所述调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈成绪，傅儒生，夏永高，刘兆平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33