[发明专利]一种氰基改性氧化硅锂电池负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种氰基改性氧化硅锂电池负极材料及其制备方法和应用，属于电池技术领域。氰基改性氧化硅锂电池负极材料，它具有如下式所示的结构：。本发明采用了对氧化硅材料表面进行氰基化的修饰，提高了改性材料作为锂离子电池负极材料时的循环放电后的电容量保持性。

技术领域

本发明涉及一种氰基改性氧化硅锂电池负极材料及其制备方法和应用，属于电池技术领域。

背景技术

锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。

锂离子电池的负极材料有多种：第一种是碳负极材料：实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。第二种是锡基负极材料：锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种。氧化物是指各种价态金属锡的氧化物。第三种是含锂过渡金属氮化物负极材料。第四种是合金类负极材料：包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金 第五种是纳米级负极材料：纳米碳管、纳米合金材料。第六种纳米材料是纳米氧化物材料：诸多公司已经开始使用纳米氧化钛和纳米氧化硅添加在以前传统的石墨，锡氧化物，纳米碳管里面，极大的提高锂电池的充放电量和充放电次数。

CN103199227A公开一种锂离子电池纳米炭硅复合负极材料及其制备方法，纳米炭硅复合负极材料是粒径为20-50nm的纳米颗粒；硅部分为由一氧化硅制备而成的硅与二氧化硅的复合结构；炭部分为由两亲性炭材料制备而成；所述的炭部分包覆于硅部分表面，形成炭、二氧化硅和硅的三重复合结构。CN104362315A公开一种锂离子电池硅碳复合负极材料低成本制备方法，包括以下步骤：（1）石墨原料纯化；（2）镁热还原；（3）除杂；（4）表面包覆；（5）碳化；藉此，通过镁热反应还原纯化后原料石墨中二氧化硅后，获得多孔硅与石墨的复合物，再进行表面包覆，获得用于锂离子电池的硅碳复合负极材料。

对于氧化硅负极材料来说，由于氧化硅在长期运行过程中，电解液的迁移、表面腐蚀等情况会导致材料的电容量发生下降。

发明内容

本发明的目的是：解决常规的氧化硅锂离子电池负极材料存在的由于氧化硅的氧化而不稳定导致的多次循环充放电之后导致的电容量下降的问题。采用的技术方案是：通过具有较高反应活化能的氰基对氧化硅的表面进行修饰，使电池在运行过程中负极材料的稳定性得到大幅提高，使电容量保持性提高。

技术方案是：

一种氰基改性氧化硅锂电池负极材料，它具有如下式所示的结构：

。

上述氰基改性氧化硅锂电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：按重量份计，将15～25份的正硅酸乙酯、4～8份的浓氨水、20～35份去离子水、150～200份的乙醇混合后，进行水解反应，反应结束后，离心分离出氧化硅颗粒，用水洗涤后，真空干燥；

S2：将S1中得到的SiO₂分散在150～200份的乙醇中，再加入式（I）所示的氰基氧硅烷改性剂10～15份，搅拌反应，对固体物进行离心分离，再依次用乙醇、水洗涤之后，得到氰基改性氧化硅锂电池负极材料；

（I）；

其中，R1、R2、R3分别独立地选自含有1～10个碳原子的直链或带支链的烷基，更优选的是R1、R2和R3都是乙基或者异丙基。