一种用于锂离子电池的C-Si2N2O-Si复合负极材料制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于锂离子电池的C

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂离子电池的C
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Si2N2O
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Si复合负极材料制备方法


[0001]本专利技术公开了一种用于锂离子电池的C
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Si2N2O
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Si复合负极材料制备方法，属于锂离子电池


技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、安全性能高、工作温度范围宽、循环寿命长等优点，已在便携式电子产品、电动汽车、储能电站等领域广泛应用。同时，随着电子产品和电动汽车的快速发展，需要锂离子电池具有更高的能量密度，以消除人们的“里程忧虑”。目前，锂离子电池负极材料多为石墨负极，石墨的理论比容量约为370mAh/g，难以满足高能量密度锂离子电池对高容量负极的需求。
[0003]硅的理论比容量超过4000mAh/g，是石墨的10倍以上，而且硅含量丰富，价格便宜，使得硅基负极材料成为下一代重要的锂离子电池负极材料。但是硅基材料在充放电过程中，伴随着300％的体积膨胀，造成材料结构的分解、粉化，导致电极材料的剥落，造成电池性能的快速衰减。同时，硅材料自身低的电导率，严重限制了硅基材料的大电流放电能力。因此，提高硅基负极材料的循环稳定性和大电流放电能力，是目前硅基负极材料的重要研究方向。
[0004]纳米化和碳包覆是提高硅基负极材料性能的重要手段，纳米化可以缩短锂离子的迁移路径，并缓解体积膨胀；碳包覆可以提高硅基材料的电导率，缓冲硅基负极材料的体积膨胀，抑制硅基负极在循环过程中的脱落。
[0005]目前还未查到C
‑<br/>Si2N2O
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Si复合材料相关的文献报道。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是克服硅基负极材料存在的问题，解决现有技术的不足，提供一种用于锂离子电池的C
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Si2N2O
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Si复合负极材料制备方法，提高硅基负极材料的电导率，缓解充放电过程中的体积膨胀，可显著改善硅基负极材料的循环性能。
[0007]本专利技术采用的技术方案，一种用于锂离子电池的C
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Si2N2O
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Si复合负极材料制备方法步骤如下：
[0008]步骤一、SiO2@Si3N4复合粉体的制备
[0009]将Si3N4和SiO2按比例放入球磨罐，加入分散介质，以200～500r/min转速处理1～24h后，取出浆料放入烘箱，于80～150℃下干燥10～24h，得到SiO2@Si3N4复合粉体；
[0010]Si3N4粒径为50nm～10μm；
[0011]SiO2为纳米SiO2、硅石、石英、硅微粉、硅溶胶中的一种以上，粒径为10～100nm；
[0012]分散介质为无水乙醇、N
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甲基吡咯烷酮、去离子水中的一种以上；
[0013]Si3N4、SiO2、分散介质的质量比为1∶0.01～0.4∶1～3；
[0014]步骤二、Si2N2O@Si3N4复合粉体的制备
[0015]将SiO2@Si3N4复合粉体置于高温炉内，在N2气氛下，于800～1400℃下热处理1～
20h，得到Si2N2O@Si3N4复合粉体；
[0016]步骤三、C@Si2N2O@Si3N4复合粉体的制备
[0017]将Si2N2O@Si3N4复合粉体与碳源混合均匀，在保护气氛下，于500～1000℃热处理1～20h，使得碳源分解，在Si2N2O@Si3N4复合粉体表面形成均匀的碳包覆层，得到C@Si2N2O@Si3N4复合粉体；
[0018]Si2N2O@Si3N4复合粉体和碳源的质量比为1∶0.5～3；
[0019]碳源包含有机碳源和无机碳源，其中有机碳源为树脂、沥青、淀粉、葡萄糖、糊精、蔗糖、柠檬酸、聚噻吩、聚吡咯和聚苯胺中的一种以上，无机碳源为乙炔黑、炭黑、碳纳米管、碳纤维或石墨烯中的一种以上；
[0020]碳源中有机碳源和无机碳源的质量比为1∶0.1～1；
[0021]保护气氛为氮气、氩气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔或氢气中的一种以上；
[0022]步骤四、C
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Si2N2O
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Si复合材料的制备
[0023]将C
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Si2N2O
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Si复合粉体放入真空炉中，在10
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4～100Pa真空度下，于800～1500℃热处理0.5～10h，使得Si3N4分解，形成分散的多孔纳米Si颗粒，即得到用于锂离子电池的C
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Si2N2O
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Si复合负极材料。
[0024]所述的C
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Si2N2O
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Si复合负极材料呈中空结构，Si颗粒呈多孔状分散于内部，颗粒粒径为10～100nm；Si2N2O层包覆于多孔Si颗粒表面，厚度为5～20nm；C层包覆于复合材料颗粒表面，厚度为5～50nm。
[0025]本专利技术的有益效果：该方法制备了具有中空结构的C
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Si2N2O
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Si复合负极材料，具有以下优点：
[0026](1)以Si3N4粉体为基体，在其表面形成连续的Si2N2O包覆层，由于Si2N2O包覆层具有很好的热稳定性，在后续的Si3N4粉体分解时，可以保持包覆层完整，避免硅基负极材料在充放电过程中分解、剥落，进而提高电池循环稳定性；
[0027](2)通过无机碳源和有机碳源的协同作用，在颗粒表面形成连续的三维导电网络，一方面可以提高负极材料的电导率，另一方面缓解材料充放电过程中的体积膨胀；
[0028](3)Si3N4粉体在高温真空下分解，在颗粒内部形成多孔的纳米Si颗粒，缓解充放电过程中Si的体积膨胀，提高电池循环稳定性；
[0029](4)原料便宜易得，工艺流程简单，生产成本低，易于工业化生产。
附图说明
[0030]图1C
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Si2N2O
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Si复合SEM照片
[0031]图2C
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Si2N2O
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Si复合负极材料在0.1A/g电流密度下的100次循环曲线
[0032]其中横坐标为循环次数；纵坐标为放电比容量，单位mAh/g
[0033]图3C
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Si2N2O
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Si复合负极材料在0.1A/g电流密度下的100次循环库伦效率曲线
[0034]其中横坐标为循环次数；纵坐标为库伦效率，单位％
具体实施方式
[0035]下面结合附图和实例对本专利技术作进一步说明。
[0036]实施例1
[0037]用于锂离子电池的C
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Si2N2O
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Si复合负极材料制备方法步骤如下：
[0038]步骤一、SiO2@Si3N4复合粉体的制备
[0039]将20g粒径D
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子电池的C
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Si2N2O
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Si复合负极材料制备方法，其特征在于，该复合负极材料制备方法步骤如下：步骤一、SiO2@Si3N4复合粉体的制备将Si3N4和SiO2按比例放入球磨罐，加入分散介质，以200～500r/min转速处理1～24h后，取出浆料放入烘箱，于80～150℃下干燥10～24h，得到SiO2@Si3N4复合粉体；Si3N4粒径为50nm～10μm；SiO2为纳米SiO2、硅石、石英、硅微粉、硅溶胶中的一种以上，粒径为10～100nm；分散介质为无水乙醇、N
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甲基吡咯烷酮、去离子水中的一种以上；Si3N4、SiO2、分散介质的质量比为1
∶
0.01～0.4
∶
1～3；步骤二、Si2N2O@Si3N4复合粉体的制备将SiO2@Si3N4复合粉体置于高温炉内，在N2气氛下，于800～1400℃下热处理1～20h，得到Si2N2O@Si3N4复合粉体；步骤三、C@Si2N2O@Si3N4复合粉体的制备将Si2N2O@Si3N4复合粉体与碳源混合均匀，在保护气氛下，于500～1000℃热处理1～20h，使得碳源分解，在Si2N2O@Si3N4复合粉体表面形成均匀的碳包覆层，得到C@Si2N2O@Si3N4复合粉体；Si2N2O@Si3N4复合粉体和碳源的质量比为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王跃，邱景义，李萌，文越华，祝夏雨，朱明琳，朱振威，孟闻捷，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院防化研究院，
类型：发明
国别省市：