一种Si@SiO制造技术

本发明专利技术提供了一种Si@SiO

【技术实现步骤摘要】
一种Si@SiO
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复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池材料
，特别涉及一种Si@SiO
x
复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，由于煤、石油、天然气等化石能源的大量使用，带来了严重的环境问题；同时由于化石能源的不可再生性，人类也面临着严重的能源危机。以太阳能、潮汐能、风能为代表的清洁能源受到广泛关注，但是这些能源作为间歇性能源，需要合适的储能设备来储存。锂离子电池具有比能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优点，在新能源汽车和储能领域都有很好的发展前景。
[0003]然而，现在商业化的锂离子电池负极材料主要是石墨，而其低的理论比容量(仅有372mAhg
‑1)难以满足下一代高能量密度锂离子电池的要求。硅材料具有理论比容量高(3579mAhg
‑1)、反应电位适中(～0.4V)、资源丰富、绿色环保等优点，被认为是最有希望的下一代锂离子电池负极材料。但是，硅材料在充放电过程中产生巨大的体积变化(～300％)，导致颗粒粉化、活性物质脱落，破坏电极结构；同时，由于体积膨胀导致裸露的新鲜硅不断消耗活性锂形成新的SEI膜，造成循环过程中容量的大幅衰减，严重影响了其大规模应用。
[0004]为进一步改善硅负极的电化学性能，目前最常用的方法是纳米化处理，制备硅纳米线、纳米管、纳米颗粒等，能够一定程度缓解体积膨胀。同时将硅与碳材料进行物理混合或在Si表面包覆碳来提高硅材料的导电性和循环稳定性，但上述方法制备工艺较为复杂，成本较高，且制备的材料容量较低。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种Si@SiO
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复合材料及其制备方法和应用，其目的是为了解决
技术介绍
存在的上述问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术的实施例提供了一种Si@SiO
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复合材料，并进一步提供了该Si@SiO
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复合材料的制备方法和应用，应用该复合材料作为负极的锂离子电池具有较高的比容量、优异的循环性能。
[0007]本专利技术提供了一种Si@SiO
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复合材料，包括内核和包裹在内核表面的外壳；所述内核为晶体纳米硅；所述外壳为非晶态的SiO
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及其水合物SiO
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·
yH2O。
[0008]优选地，所述内核的尺寸为20～500nm。
[0009]优选地，所述外壳的厚度为2～20nm。
[0010]优选地，所述外壳的氧含量为0～20wt％，氢含量为0～1wt％。
[0011]基于一个专利技术总的构思，本专利技术还提供了上述Si@SiO
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复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012]S1：将纳米硅在配制好的HF溶液中进行预处理，去除存储过程中在表面生成的氧化层；
[0013]S2：将预处理后的纳米硅加入去离子水中，经超声分散和机械搅拌后混合均匀，获得混合溶液；
[0014]S3：将所述混合溶液加入高压反应釜加热反应；
[0015]S4：待反应釜完全冷却后将所述混合溶液取出，过滤分离，固体烘干得到Si@SiO
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复合材料。
[0016]优选地，所述步骤S1中配制好的HF溶液的浓度为10～20wt％，反应时间为6～12h。
[0017]优选地，所述步骤S2中无水乙醇和去离子水的体积比为1:5。
[0018]优选地，所述步骤S2中超声分散时间为0.5～1h，机械搅拌时间为15～30min。
[0019]优选地，所述步骤S3中加热温度为90～180℃，加热时间为0.5～3h。
[0020]优选地，所述步骤S4中烘干设备为真空烘箱，烘干温度为50～80℃，烘干时间为5～10h。
[0021]本专利技术还提供了上述的Si@SiO
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复合材料在锂离子电池负极材料中的应用。
[0022]本专利技术通过将纳米硅加入HF溶液中进行预处理，去除表面原有的氧化层，得到纯净的纳米硅。预处理后的纳米硅材料和去离子水在高压反应釜中加热反应，得到Si@SiO
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复合材料。预处理的纳米硅材料具有更高的表面反应活性，且反应得到的复合材料形成均匀的包覆层，可有效缓解脱嵌锂过程中的体积膨胀，提高纳米硅的循环稳定性。
[0023]本专利技术的上述方案有如下的有益效果：
[0024](1)本专利技术制备Si@SiO
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复合材料的工艺中各项反应条件简单易控制，工艺流程短、成本低、产率高。
[0025](2)本专利技术应用上述Si@SiO
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复合材料作为负极的锂离子电池具有高的比容量和优良的循环性能。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1是本专利技术实施例1～3制备的Si@SiO
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复合材料和对比例的Si
‑
HF材料的XRD图；
[0028]图2是本专利技术实施例1～3制备的Si@SiO
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复合材料的TEM图；
[0029]图3是本专利技术实施例1～3制备的Si@SiO
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复合材料和对比例的Si
‑
HF材料的中O、H元素分析结果；
[0030]图4是本专利技术实施例1～3制备的Si@SiO
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复合材料和对比例的Si
‑
HF材料的循环性能图。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0032]除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的
保护范围。
[0033]除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0034]本专利技术针对现有的问题，提供了一种Si@SiO
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复合材料及其制备方法和应用。
[0035]本专利技术实施例和对比例用到的硅原料购买自上海水田材料科技有限公司。
[0036]在下述实施例和对比例中，测试目标材料的电化学性能时，首先通过以下方式将目标材料组装扣式电池：将目标材料、导电剂Super P、粘结剂海藻酸钠按60：20：20的质量比混合配成浆料，将浆料均匀地涂覆到铜箔集流体上得到电极片，70℃真空干燥12h。将极片切成直径12mm的小圆片。采用金属锂片(直径14mm)为对电极、玻璃纤维(GF/A)为隔膜和LiPF6/EC+本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Si@SiO
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复合材料，其特征在于，包括内核和包裹在所述内核表面的外壳；所述内核为晶体纳米硅；所述外壳为非晶态的SiO
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及其水合物SiO
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·
yH2O。2.根据权利要求1所述的Si@SiO
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复合材料，其特征在于，所述内核的尺寸为20～500nm。3.根据权利要求1所述的Si@SiO
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复合材料，其特征在于，所述外壳的厚度为2～20nm。4.根据权利要求1所述的Si@SiO
x
复合材料，其特征在于，所述外壳的氧含量为0～20wt％，氢含量为0～1wt％。5.一种如权利要求1～4任一项所述的Si@SiO
x
复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将纳米硅在配制好的HF溶液中进行预处理，去除存储过程中在表面生成的氧化层；S2：将预处理后的纳米硅加入去离子水中，经超声分散和机械搅拌后混合均匀，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志兴，徐凯，郭华军，颜果春，王接喜，李新海，彭文杰，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：