一种硅氧化物基碳包覆改性复合负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硅氧化物基碳包覆改性复合负极材料及其制备方法。该制备方法，包括如下步骤：S1、将晶化处理的硅氧化物、石墨与无水乙醇混合均匀，得到混合浆料；S2、将二氧化锡和海藻酸或海藻酸钠加入水中搅拌，使海藻酸或海藻酸钠完全溶解，得到混合液；S3、将混合液倒入步骤S1得到的混合浆料中，加入水配成固液比为1:10

【技术实现步骤摘要】
一种硅氧化物基碳包覆改性复合负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及负极材料制备
，尤其涉及一种硅氧化物基碳包覆改性复合负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池是最具有商业化应用价值的储能系统，广泛应用于电子产品和新能源汽车等领域。经过十几年的长足发展，新能源汽车成为拉动国内汽车市场的重要动力。目前商品化锂离子电池发展进入一个技术瓶颈，难以满足新能源汽车对锂离子电池高容量、高续航能力的需求。研发高比能量的锂离子电池，提升驱动电机和电控系统的功率密度和效率势在必行。
[0003]硅氧化物负极材料在脱嵌锂过程中巨大的体积变化会导致电极的活性物质粉化和脱落，以及较低的首次库仑效率和较差的循环性能等缺陷，无法满足电池的使用要求。CN114937763A公开了一种硅氧化物复合负极材料及其制备方法。将晶化处理的微米级硅氧化物、市售人造石墨进行球磨，有机碳源和氧化物均匀混合后，经过喷雾干燥和高温热解得到硅氧化物复合负极材料。该方法实现的硅氧化物负极材料复合结构为硅氧化物与石墨基体充分接触，并与引入的氧化锡复合的颗粒外层包覆一层无定形碳。硅氧化物复合负极材料的人造石墨具有高导电，可以提供有效缓冲空间；无定形碳层除了构成导电网络和缓冲膨胀外，可以防止硅氧化物颗粒团聚，减少硅氧化物与电解液直接接触；氧化锡可以改善材料的整体导电性。构筑的这种复合结构可以改善硅氧化物负极材料的首次充放电效率、循环稳定性和倍率性能。归因于在电极与电解液表面形成稳定的SEI膜，保持稳定的材料结构，电极表面平整且无明显裂纹。但是，通过该技术获得的复合负极材料的电化学性能仍需不断提升。CN116230883A公开了一种锂离子电池用高性能硅氧化物基复合负极材料及其制备方法，在CN114937763A的基础上进一步引入Fe
‑
Si75、TiSi2合金，利用含硅合金材料改性硅氧化物负极材料。此外，还通过氧化钛与硅氧化物/石墨进行复合而得到碳包覆的硅氧化物复合负极材料。所得到的一系列新型硅氧化物基复合负极材料与高压和常规电解液具有良好的相容性，表现出优异的电化学性能。但仍未解决硅氧化物的体积膨胀效应存在的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种硅氧化物基碳包覆改性复合负极材料及其制备方法，本专利技术提供的硅氧化物基碳包覆改性复合负极材料的复合结构为硅氧化物、氧化锡形成复合相并附着于多层片状石墨之间，颗粒外围包覆着由海藻酸或海藻酸钠热解形成的碳层，在一定程度可以有效抑制活性物质的体积膨胀。同时，利用海藻酸或海藻酸钠的水溶液具有一定粘性的特点，起到强化硅氧化物、氧化锡和多层片状石墨之间结合能力的作用，为构建复合负极材料的球状或类球形颗粒形貌提供可能。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：
[0006]一种硅氧化物基碳包覆改性复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S1、将晶化处理的硅氧化物、石墨与无水乙醇混合均匀，进行球磨处理，得到混合浆料；
[0008]S2、将二氧化锡和海藻酸或海藻酸钠加入水中搅拌，使海藻酸或海藻酸钠完全溶解，得到混合液，二氧化锡的加入量为晶化处理的硅氧化物和石墨混合物重量百分比的0.5％
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2％，海藻酸或海藻酸钠的加入量为晶化处理的硅氧化物和石墨混合物重量百分比的5％
‑
20％；
[0009]S3、将步骤S2得到的混合液倒入步骤S1得到的混合浆料中，筛分出80
‑
120目的浆料，加入水配成固液比为1:10
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1:30g/mL的浆料，干燥，得到硅氧化物基碳包覆改性复合负极材料的前驱体；
[0010]S4、将步骤S3得到的前驱体进行煅烧，得到硅氧化物基碳包覆改性复合负极材料。
[0011]本专利技术选择海藻酸和海藻酸钠作碳源，海藻酸和海藻酸钠是天然高分子有机物，表面具有丰富的羟基和羧基，其水溶液具有较高的粘性。借助其热解后形成的具有良好导电性和韧性的碳包覆层，从而提升复合材料的导电性，且缓冲硅氧化物的体积膨胀效应，进一步实现提升硅氧化物基碳包覆改性复合负极材料的首次充放电效率和循环稳定性的技术效果。
[0012]优选地，步骤S1中晶化处理的硅氧化物的晶化处理的具体步骤为：微米级氧化亚硅置于氩气气氛保护下的热处理容器中，加热至1000℃
‑
1100℃，保温2.5
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3.5h，得到晶化处理的硅氧化物(SiO
x
)。
[0013]优选地，步骤S1中晶化处理的硅氧化物与石墨的质量比为1:8
‑
10，晶化处理的硅氧化物与无水乙醇的质量体积比为1:14
‑
16g/mL。
[0014]进一步优选，步骤S1中晶化处理的硅氧化物与石墨的质量比为1:9，晶化处理的硅氧化物与无水乙醇的质量体积比为1:15g/mL。
[0015]优选地，步骤S1中所述的球磨处理的条件为：球料比20:1，以150
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250rpm的转速球磨0.5
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1.5h。
[0016]优选地，步骤S2中二氧化锡的加入量为晶化处理的硅氧化物和石墨混合物重量百分比的1％，海藻酸或海藻酸钠的加入量为晶化处理的硅氧化物和石墨混合物重量百分比的5％
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10％。
[0017]优选地，步骤S3中干燥为喷雾干燥，喷雾干燥的条件为：进风温度180℃
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220℃，出风温度130℃
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150℃，进料速率为250
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350mL/h。
[0018]优选地，步骤S4中煅烧温度为500℃
‑
600℃，时间为2
‑
6h。
[0019]本专利技术还保护通过上述制备方法得到的硅氧化物基碳包覆改性复合负极材料。以海藻酸或海藻酸钠为有机碳源，所制备复合负极材料的SnO2更容易还原成Sn，从而提升材料的电化学性能。该方法制备的硅氧化物基碳包覆改性复合负极材料具有操作简单、条件易于控制、重现性好、电化学性能稳定等优点。
[0020]本专利技术还保护一种锂离子电池，以所述的硅氧化物基碳包覆改性复合负极材料作为负极材料。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的硅氧化物基复合负极材料的复合结构为硅氧化物、氧化锡形成复合相并附着于多层片状石墨之间，颗粒外围包覆着
由海藻酸或海藻酸钠热解形成的碳层，在一定程度可以有效抑制活性物质的体积膨胀。同时，利用海藻酸或海藻酸钠的水溶液具有一定粘性的特点，起到强化硅氧化物、氧化锡和多层片状石墨之间结合能力的作用，为构建复合负极材料的球状或类球形颗粒形貌提供可能。此外，以海藻酸钠为有机碳源，所制备复合负极材料的SnO2更容易还原成Sn，从而提升材料的电化学性能。该方法制备的硅氧化物基碳包覆改性复合负极材料具有操作简单、条件易于控制、重现性好、电化学性能稳定等优点。
附图说明
[0022]图1为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅氧化物基碳包覆改性复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将晶化处理的硅氧化物、石墨与无水乙醇混合均匀，进行球磨处理，得到混合浆料；S2、将二氧化锡和海藻酸或海藻酸钠加入水中搅拌，使海藻酸或海藻酸钠完全溶解，得到混合液，二氧化锡的加入量为晶化处理的硅氧化物和石墨混合物重量百分比的0.5％
‑
2％，海藻酸或海藻酸钠的加入量为晶化处理的硅氧化物和石墨混合物重量百分比的5％
‑
20％；S3、将步骤S2得到的混合液倒入步骤S1得到的混合浆料中，筛分出80
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120目的浆料，加入水配成固液比为1:10
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1:30g/mL的浆料，干燥，得到硅氧化物基碳包覆改性复合负极材料的前驱体；S4、将步骤S3得到的前驱体进行煅烧，得到硅氧化物基碳包覆改性复合负极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中晶化处理的硅氧化物的晶化处理的具体步骤为：微米级氧化亚硅置于氩气气氛保护下的热处理容器中，加热至1000℃
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1100℃，保温2.5
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3.5h，得到晶化处理的硅氧化物。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中晶化处理的硅氧化物与石墨的质量比为1:8
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10，晶化处理的硅氧化物与无水乙醇的质量体积比为1:14
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【专利技术属性】
技术研发人员：王英，曾黎明，唐仁衡，
申请(专利权)人：广东省科学院资源利用与稀土开发研究所，
类型：发明
国别省市：