[发明专利]一种三维网状结构SiO2

说明书

本发明提供了一种三维网状结构纳米SiO₂/C复合材料的制备方法，包括以下步骤：称取高分子聚合物、硅烷化试剂、表面活性剂加入稀盐酸中，均匀混合，然后加入过氧化二异丙苯，再搅拌加热、静置、过滤、水洗、真空干燥，得到交联硅烷化试剂修饰的高分子聚合物。然后将交联硅烷化试剂修饰的高分子聚合物放入炭化炉碳化，得到具有三维网状结构纳米SiO₂/C复合材料。本发明方法制备工艺简单，成本低廉，环境友好，适用于大规模生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法，特别是锂离子电池用硅碳负极材料。

背景技术

社会的不断进步和发展对能源的需求越来越大，目前世界主要能源化石类燃料（煤、石油、天然气）资源日益枯竭。而锂离子电池因为其较高的能量转化效率，清洁无污染成为一种理想的能量储存和转化装置，并广泛应用于人们日常生活中。然而，目前商业化的锂离子电池已不能满足人们对高能量密度和高功率动力电源的需求。在锂离子电池负极材料方面，当前广泛应用的石墨类材料理论比容量为 372mAh/g，限制了锂离子电池比容量的进一步提高，因此开发研究新型高比容量、高安全性的负极材料迫在眉睫。

因高的理论储锂比容量(4200mAh/g)和适中的嵌脱锂电势，硅被认为是新一代锂离子电池理想的负极材料。然而，在脱嵌锂过程中，硅体积膨胀达到300％，严重影响了电极的循环稳定性。与单质硅相比，硅氧化合物材料在首次放电过程中形成的Li₂O和一系列硅酸锂盐(Li₂SiO₃，Li₂SiO₄和Li₂Si₂O₅)在随后的循环过程中对硅的体积膨胀有一定的缓冲作用，因此硅氧化合物电极有相对更好的循环稳定性。对于良好晶型的二氧化硅，由于其Si-O键非常稳定，几乎不表现电化学活性，有文献报道（Favors, Z. J., Wang, W., Bay, H.H. George, A., Ozkan, M. Ozkan, C.Stable Cycling of SiO₂ Nanotubes as High-Performance Anodes for Lithium-Ion Batteries. Sci. Rep. 4 (2014).）无定型二氧化硅负极材料理论比容量达到1965mAh•g-1，远远高于现有的石墨负极材料，且二氧化硅在自然界中的含量较高，充放电平台较低，但微米结构的二氧化硅很难实现储锂活性，无法在锂离子电池中得到实际使用。中国科学院物理所王兆翔教授研究小组利用TEOS为硅源，通过水热法制备出二氧化硅/硬碳复合负极材料。以该材料制备的电极，其首次可逆比容量高达630 mAh/g（B.K. Guo, J. Shu, et al. Electrochemistry Communications 10(2008): 1876-1878），但循环性能一般。应该是由于硅氧化合物在脱嵌锂过程中伴随着巨大的体积变化，引起开裂和粉化，从而影响循环性能。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种三维网状结构纳米SiO₂/C复合材料的制备方法，本发明方法制备的负极材料循环稳定性好，制备工艺简单，成本低廉，环境友好，适用于大规模生产。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种三维网状结构纳米SiO₂/C复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：分别称取高分子聚合物、硅烷化试剂、表面活性剂加入装有稀盐酸溶剂的三口烧瓶中，均匀混合，然后加入过氧化二异丙苯，在80-120℃条件下搅拌加热20-24h，然后静置、过滤、水洗、真空干燥，得到交联硅烷化试剂修饰的高分子聚合物。