The present invention relates to a spherical porous silicon oxide anode material and its preparation method and application. The spherical porous silicon oxide anode material is core-shell structure, the core is hollow and porous spherical silicon oxide, and the shell is a spherical coating formed by nitrogen-doped carbon. The preparation method includes: preparing MnO 2 flower ball and preparing silicon oxide bag. MnO2 coated balls were obtained and nitrogen doped carbon coated spherical porous silica materials were obtained. When the current density is 0.5A/g and the voltage range is 0.01 3V, the specific capacity of the material is kept at 410 425 mAh/g (mAh/g) after 300 cycles, and the Coulomb efficiency is 99.95 99.99%.
【技术实现步骤摘要】
一种球形多孔氧化硅负极材料及其制备方法和用途
本专利技术涉及锂离子电池负极材料
,尤其是一种球形多孔氧化硅负极材料及其制备方法和用途。
技术介绍
开发具有更高能量密度和更长循环寿命的可再充电锂离子电池对于满足便携式电子、混合动力和电动车辆以及电网级能量存储系统中各种能量存储需求具有重要意义。石墨是商业化锂离子电池中应用最广泛的负极材料,但其理论比容量只有372mAh/g,不能满足高能量需求。近年来,硅基材料作为高能量密度锂离子电池负极材料得到了广泛关注。其中,纳米氧化硅由于原料来源广、成本低、制备容易、环境友好、比容量较高等优点,被认为是一种有较好应用前景的新型负极材料。目前,限制氧化硅负极材料应用的主要问题是其充放电过程中巨大的体积膨胀(280~300%)所造成的电极结构破坏和机械粉化,导致电极材料间及电极材料与集流体的分离,进而失去导电接触,使容量迅速衰减。因此,如何提高硅基负极材料的循环性能是目前的研究重点。将氧化硅与碳材料进行复合是解决上述问题的主要途径。通常,通过有机物前驱体(如甲基丙烯酰和三乙氧基硅烷)聚合再辅以炭化处理的方法可以获得SiOx/C复合材料。另外,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、正硅酸乙酯(TEOS)和蔗糖为原料,通过溶胶-凝胶辅以炭化处理也可以制备多孔SiOx/C(1<x<2)复合材料。但上述工艺获得的都是实心的炭包覆氧化硅结构。炭壳内部没有预留空间容纳氧化硅在充放锂过程中的体积膨胀。为了获得具有预留空间的氧化硅结构,现有技术中通常采用HF刻蚀二氧化硅,例如CN10 ...
【技术保护点】
1.一种球形多孔氧化硅负极材料,其特征在于:所述球形多孔氧化硅负极材料为核‑壳结构,核为空心且多孔的球形结构的氧化硅,壳为氮掺杂炭形成的球形包覆层。
【技术特征摘要】
1.一种球形多孔氧化硅负极材料,其特征在于:所述球形多孔氧化硅负极材料为核-壳结构,核为空心且多孔的球形结构的氧化硅,壳为氮掺杂炭形成的球形包覆层。2.根据权利要求1所述的球形多孔氧化硅负极材料,其特征在于:所述球形多孔氧化硅负极材料中氮的质量含量为1.5~2%,炭的质量含量为40~50%。3.根据权利要求1所述的球形多孔氧化硅负极材料,其特征在于:所述球形多孔氧化硅负极材料中氧化硅的厚度为4~10nm,氮掺杂炭形成的球形包覆层的厚度为18~22nm。4.根据权利要求1所述的球形多孔氧化硅负极材料,其特征在于:所述球形多孔氧化硅负极材料在0.5A/g电流密度时,电压范围为0.01-3V时,循环300次后比容量为410-425毫安时/克(mAh/g),库伦效率为99.0-99.99%。5.权利要求1所述的球形多孔氧化硅负极材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤1):将高锰酸钾溶解于去离子水中,加入浓酸,加热反应,然后将反应产物过滤,洗涤,干燥,得到MnO2花球;步骤2):将步骤1)所得MnO2花球分散到去离子水和乙醇的混合溶液中,得到溶液A;将硅酸酯溶解,得到溶液B;边搅拌A溶液边逐滴将B溶液滴加到其中,将反应体系静置,然后过滤、洗涤、烘干,得到氧化硅包覆的MnO2花球;步骤3):将步骤2)所得氧化硅包覆的MnO2花球分散到酸的水溶液中,在搅拌情况下,滴加吡咯单体,所述吡咯单体的用量:步骤2)中MnO2花球的用量=0.5~1ml:0.5~1g,持续搅拌后过滤,用去离子水洗涤,干燥,得到粉末;步骤4):将步骤3)将所得粉末在惰性...
【专利技术属性】
技术研发人员:姜春海,邹智敏,李嘉琦,张旭,
申请(专利权)人:厦门理工学院,
类型:发明
国别省市:福建,35
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