一种多孔氧化亚硅复合材料及其制备和应用制造技术

本发明专利技术属于锂离子电池材料领域，具体公开了一种多孔氧化亚硅复合材料，包括内核，复合在内核表面的中间层，以及复合在中间层表面的外层；其中，内核为硅；中间层为氧化亚硅及分散在氧化亚硅中的金属M的硅酸盐；外层为碳包覆层；金属M为能将硅氧化物还原的金属元素。本发明专利技术还提供了所述的复合材料的制备方法，以及在用作锂离子二次电池的负极活性材料中的应用。本发明专利技术研究发现，所述的复合材料，具有循环寿命长、首次效率高等特点。

Porous silica composite and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种多孔氧化亚硅复合材料及其制备和应用
本专利技术属于锂电池电极材料
，特别涉及一种多孔氧化亚硅复合粉体材料及其制备方法。
技术介绍
随着消费类电子产品的不断更新和电动汽车的增速发展，对新一代高比能锂离子电池的需求日益增加，促使其负极材料从嵌入型碳基材料(理论容量372mAh/g)向具有高理论容量的可锂化金属材料、金属化合物及复合材料方向发展。其中，硅由于具有理论容量高(4211mAh/g)，安全性能好和来源广泛等优势，成为目前国内外新型负极材料研究的主流。然而，硅在充放电过程中巨大的体积膨胀和较低的本征导电性，导致电池的循环和倍率性能不佳。而硅的化合物中，氧化亚硅(SiOx，0＜x＜2)的理论比容量较高(>2000mAh/g)，虽然较单质硅更低，但由于其可在首次充放电过程中能够与锂离子反应生成电化学惰性的Li2O和Li2SiO4，有效缓解活性材料的体积膨胀问题，很好地改善了电池循环性能。然而，锂离子的大量消耗也使得氧化亚硅的首次库伦效率较低。在硅基负极材料领域，技术的重点和难点集中在如何维持硅基负极循环稳定性的同时，提高首次库伦效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔氧化亚硅复合材料，其特征在于，包括内核，复合在内核表面的中间层，以及复合在中间层表面的外层；其中，内核为硅；中间层为氧化亚硅及分散在氧化亚硅中的金属M的硅酸盐；外层为碳包覆层；/n金属M为能将硅氧化物还原的金属元素。/n

【技术特征摘要】
1.一种多孔氧化亚硅复合材料，其特征在于，包括内核，复合在内核表面的中间层，以及复合在中间层表面的外层；其中，内核为硅；中间层为氧化亚硅及分散在氧化亚硅中的金属M的硅酸盐；外层为碳包覆层；
金属M为能将硅氧化物还原的金属元素。


2.如权利要求1所述的多孔氧化亚硅复合材料，其特征在于，所述的金属M的硅酸盐弥散分布在中间层中；
优选地，所述的金属M为镁、铝、钠、钾中的至少一种；
优选地，多孔氧化亚硅复合材料中，金属M的含量为1-5wt％。


3.如权利要求1所述的多孔氧化亚硅复合材料，其特征在于，含碳量为5-20wt％。


4.如权利要求1所述的多孔氧化亚硅复合材料，其特征在于，所述的多孔氧化亚硅复合材料的粒度为微米或亚微米级；颗粒具有多孔结构，比表面积10-200m2/g，平均孔径为2-50nm。


5.一种权利要求1～4任一项所述的多孔氧化亚硅复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：对硅颗粒进行表面氧化，获得氧化硅包裹的硅微粒；
步骤(2)：将氧化硅包裹的硅微粒、金属M、复配熔盐、碳质黏结剂混合造粒，得到复合前驱体；所述的复配熔盐包括两种及以上的碱金属和/或碱土金属中的水溶性盐；且所述的复配熔盐的共熔温度为400-800℃；
步骤(3)：将复合前驱体在惰性气氛下进行烧结反应，随后经水洗，得所述的多孔氧化亚硅材料。


6.如权利要求5所述的多孔氧化亚硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述的硅颗粒中硅含量大于99wt％，粒度5-50mm；
步骤(1)中，在含氧气氛下进行球磨，实现硅颗粒的破碎及表面氧化；
优选地，步骤(1)的破碎及表面氧化步骤为：
将硅颗粒投入滚筒式球磨机，鼓入具有一定温度和湿度的正压空气，进行球磨反应，生成氧化硅包裹的硅微粒；
优选地，鼓入空气形成正压力为700-800Pa；空气温度100-150℃，相对湿度50-70％...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨娟，唐晶晶，周向阳，刘晓剑，周昊宸，王鹏，侯林，
申请(专利权)人：中南大学，湖南宸宇富基新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43