本发明专利技术公开一种硅/碳氧化硅/碳负极材料及其制备方法和应用。在硅/碳氧化硅/碳负极材料中，超小硅氧碳纳米粒子均匀分散在碳基质中作为缓冲基质，而硅纳米粒子则被均匀镶嵌在碳/硅氧碳缓冲基质中。该方法是采用热固性树脂单体作为溶剂体系取代传统溶剂，将硅纳米粉体在该溶剂中分散均匀，通过固化乙烯基树脂和含有双键的硅烷偶联剂，得到硅/聚硅氧烷/碳前驱体复合材料的块状固体，粉碎后高温煅烧，球磨后得到。该方法不使用传统有机溶剂，避免了溶剂后处理，硅烷偶联剂直接和树脂聚合，通过煅烧聚合物裂解原位成碳、硅氧碳。采用陶瓷(硅氧碳)和碳作为缓冲基质，吸收硅体积膨胀带来的应力，消除、减小硅体积膨胀带来的不良后果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高分子材料
，涉及娃/碳氧化娃/碳负极材料及其制备方法，尤其是一种采用非传统溶剂，原位成碳，制备硅/碳氧化硅/碳负极材料粉体及其制备方法，以及用该硅/碳氧化硅/碳负极材料在锂离子电池负极材料方面的应用。
技术介绍
硅具有质量比容量高、充放电平台低、资源丰富、安全性好等优点，成为了最有潜力的锂离子电池负极材料之一。但硅本身存在体积膨胀问题和导电性差的问题决定了其寿命短、循环性差的特点。研究表明，将其纳米化，与碳材料复合，是提高硅材料寿命和降低成本的有效手段。目前见于报道的制备硅基负极材料的方法主要一是通过将硅的尺寸纳米化，降低其绝对体积变化程度，同时释放应力，如硅纳米颗粒、硅纳米管等。二是将硅与碳、金属、非金属等缓冲基质复合，缓解体积膨胀，增强导电性。三是通过构筑多层次结构设计，容纳硅的体积膨胀，抑制SEI膜形成。其中陶瓷缓冲基质经常被应用于硅基负极材料，吸收硅体积膨胀产生应力。但是目前技术所采用的陶瓷基质往往不具备锂电活性，从而牺牲负极材料容量。此外，陶瓷基质与碳基质需要共同应用，一方面共同吸收体积膨胀产生的应力，另外一方面碳基质能够提高负极材料导电性，从而弥补陶瓷基质不具备导电性的不足。因而，陶瓷基质与碳基质的界面以及陶瓷基质在碳基质中的均匀分散对于提升硅基负极材料性能至关重要。但是目前制备方法陶瓷基质与碳基质之间存在相分离、结合性差等弱点，不能有效地起到共同吸收应力，稳定电极结构，以及弥补陶瓷导电性等作用。
技术实现思路
本专利技术的一个目的就是针对现有技术的不足，提供一种硅/碳氧化硅/碳负极材料。在本专利技术娃/碳氧化娃/碳负极材料中，直径I?5nm的娃氧碳纳米粒子均勾分散在碳基质中作为缓冲基质，而硅纳米粒子则被均匀镶嵌在碳/硅氧碳缓冲基质中。通过硅氧碳/碳基质共同作为缓冲基质，改善娃负极材料性能。其中娃氧碳/娃质量比范围为1/10?10/1；硅/硅氧碳/碳材料中碳基质的质量分数范围为1?90 %。本专利技术的另一个目的是提供上述硅/碳氧化硅/碳负极材料的制备方法。本专利技术主要内容是采用热固性树脂单体作为溶剂体系取代传统溶剂，将硅纳米粉体在该溶剂中分散均匀，通过固化乙烯基树脂和含有双键的硅烷偶联剂，得到硅/聚硅氧烷/碳前驱体复合材料的块状固体，粉碎后高温煅烧，球磨后得到硅/碳氧化硅/碳复合材料纳米粉体。本专利技术方法的具体步骤是:步骤(I).将热固性树脂单体和硅烷偶联剂在室温下搅拌混合均匀，得到混合液；混合液中娃烧偶联剂的质量含量为0.1?50% ；所述的热固性树脂为双酚A环氧乙烯基酯树脂、双酚A-二缩水甘油醚甲基丙烯酸酯、三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、I，6二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二脲烷二甲基丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、甲基丙烯酸脲烷酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚氧乙烯醚双酚A二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯等乙烯基树脂的一种或两种；所述的硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-(甲基丙烯酰基)丙基三甲基硅烷的一种或多种；步骤(2).将硅纳米颗粒加入到上述反应溶液中，超声搅拌3?30分钟，得到分散均匀的浆料;每10克含有硅纳米颗粒的溶液中含有0.1?0.8克硅纳米颗粒；所述的娃纳米颗粒粒径在10?700nm左右；所述的搅拌方式为机械磁力搅拌，超声搅拌，高速离心搅拌等搅拌方式的一种或两种;其中高数离心搅拌的转速为500?3000r/min;步骤(3)将上述含有硅纳米颗粒的混合溶液和热引发剂在室温下搅拌I?3分钟，混合均匀后注入到四氟乙烯模具中，在80?150°C热固化，得到硅/聚硅氧烷/碳前驱体复合固体材料;混合液中热引发剂的质量含量为0.2?2.0 % ;所述的热引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化二(2，4_ 二氯苯甲酰)、过氧化二乙酰、过氧化二辛酰和过氧化二月桂酰、二异丙苯过氧化物DCP、二叔丁基过氧化物DTBP、过氧化苯甲酸叔丁酯和过氧化叔戊酸叔丁基酯等高温引发剂的一种或多种；步骤(4).将硅/聚硅氧烷/碳前驱体复合固体材料粉碎，粉碎I?5分钟，得到固体颗粒；步骤(5).将上述固体颗粒在800°C，惰性气氛下煅烧4?10小时，得到硅/碳氧化硅/碳负极材料固体颗粒；所述惰性气氛为氩气气氛或氮气气氛；步骤(6).将煅烧得到的粉体进行球磨，得到粒径均匀的硅/碳氧化硅/碳负极材料固体颗粒； 所述的球磨转速为200?8001'/111；1；[11，每次冷却5?30mino本专利技术的又一个目的是提供上述硅/碳氧化硅/碳负极材料在锂离子电池负极材料方面的应用。本专利技术方法采用乙烯基树脂和含双键的硅烷偶联剂作为一种非传统溶剂体系来制备硅基负极材料纳米粉体。该专利技术方法不使用传统有机溶剂，避免了溶剂后处理，硅烷偶联剂直接和树脂聚合，通过煅烧聚合物裂解原位成碳、硅氧碳。采用陶瓷(硅氧碳)和碳作为缓冲基质，吸收硅体积膨胀带来的应力，消除、减小硅体积膨胀带来的不良后果，且制备方法工艺简单，条件易控，无需特殊设备，适合规模化生产。【附图说明】图1为以硅/硅氧碳/碳复合材料为电极，锂片为负极制作的半电池的电化学性能测试数据。【具体实施方式】下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的分析。实施例1步骤(I).将99.9g双酚A环氧乙烯基酯树脂和0.1g乙烯基三甲氧基硅烷在室温下搅拌混合均勾，得到I OOg混合液；步骤(2).将0.1g硅纳米颗粒加入到上述9.9g反应溶液中，超声搅拌3分钟，得到分散均匀的浆料；步骤(3)将上述9.98g含有硅纳米颗粒的混合溶液和0.02g过氧化苯甲酰在室温下搅拌I分钟，混合均匀后注入到四氟乙烯模具中，在80°C热固化，得到硅/聚硅氧烷/碳前驱体复合固体材料；步骤(4).将硅/聚硅氧烷/碳前驱体复合固体材料粉碎，粉碎I分钟，得到固体颗粒；步骤(5).将上述固体颗粒在800°C，氩气惰性气氛下煅烧4小时，得到硅/碳氧化硅/碳负极材料固体颗粒；步骤(6).将煅烧得到的粉体进行球磨，球磨转速为200r/min，共球磨10次，每次5min，每次冷却5min，得到粒径均勾的娃/碳氧化娃/碳负极材料固体颗粒。将该材料作为锂离子电池电极材料，制作成半电池，性能测试显示其具有较好的锂电性能。如图1所示，首次放电容量达150 ImAhg—1，充电容量为1158mAhg—1。在200mAg—1电流密度下，循环10次以后，容量仍然保持在1185mAhg—、实施例2步骤(I).将50g双酚A-二缩水甘油醚甲基丙烯酸酯和50g乙烯基三乙氧基硅烷在室温下搅拌混合均匀，得到10g混合液；步骤(2).将0.8g硅纳米颗粒加入到上述9.2g反应溶液中，超声搅拌30分钟，得到分散均匀的浆料；步骤(当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种硅/碳氧化硅/碳负极材料，其特征在于超小硅氧碳纳米粒子均匀分散在碳基质中作为缓冲基质，而硅纳米粒子则被均匀镶嵌在碳/硅氧碳缓冲基质中。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：程亚军，张毅，王梅梅，朱锦，
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
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