[发明专利]一种表面改性SiOx电极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种表面改性SiO_x电极材料的制备方法，包括如下步骤：S1、将碳源小颗粒与SiO_x充分混合，作为前驱体；S2、将所得前驱体进行保护气氛下旋转高温炉煅烧，获得炭包覆SiO_x中间体；S3、将炭包覆SiO_x中间体和导电剂投入溶剂中，充分地搅拌均匀，随后依次加入导电剂、分散剂和聚合物单体，通过聚合反应获得表面改性的SiO_x电极材料。本发明旨在将SiO_x表面进行一系列的修饰，抑制其在充放电过程中的体积变化，提高循环寿命。该方案具有以下优势：1，均匀包覆碳壳后极大地改善材料的界面特性，提高电极材料导电能力和电池性能；2，最外层的导电聚合物复合层具有明显的弹性特征，有效抑制了电极材料体积膨胀，延长电池寿命。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及高比能电池，固态电池中电极材料的制备方法。

背景技术

基于硅来源丰富，价格便宜，具有较高的理论容量(3579 mAh/g，Li₁₅Si₄)和较低的平台电位(0.3 V)等优势，有望替代商业化的石墨材料，应用于高性能锂离子电池中。然而，硅在脱嵌锂过程中伴随着严重的体积变化，而归因于这种体积效应，硅在电解液中难以形成稳定的固体电解质界面(SEI)膜。伴随着材料结构的破坏，在暴露出的表面不断形成新的SEI膜，加剧了电解液的消耗和电池的循环寿命的衰减。

本发明首先将SiO_x表面包裹一层均匀刚性的碳壳，极大地改善材料的导电能力；同时通过构建最外层具有特殊导电能力的弹性结构层，可以明显的改善反应过程中的体积效应，缓解了因电极材料粉化导致的电解液消耗增加、电池寿命衰减等问题。

发明内容

针对电极材料粉化导致的电解液消耗增加，电池寿命衰减等问题，本发明提出了一种表面改性SiO_x电极材料的制备方法，通过硅颗粒表面进行碳化构建具有高导电性的刚性碳壳以及外层由导电聚合物层/导电剂复合的弹性外壳，得到了同时具有高容量和高稳定性的锂离子电池负极材料。

本发明提出的一种表面改性SiO_x电极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、通过三维混料机将碳源小颗粒与SiO_x充分地混合，以作为前驱体使用；

S2、将上述所得的前驱体在保护气氛条件下烧结，得到炭包覆SiO_x中间体；

S3、将上述炭包覆SiO_x中间体和导电剂混合溶剂中，充分搅拌均匀，依次加入分散剂和聚合物单体，进行聚合反应，最终得到表面改性的SiO_x电极材料。

优选地，S1的具体操作为：将氧化硅和碳源小颗粒依次放入三维混料罐中，加入球磨用锆珠，调节混料机的功率和混料时间。

优选地，在S1的具体操作中，SiO_x颗粒和碳源小颗粒的质量比为（10~20）:（0.5~2），混料的时间为3小时至6小时。

优选地，S2的具体操作为：将上述前驱体投入到高温炉内，保持惰性气氛同时调节高温炉的转速，随后调控烧结温度及时间得到炭包覆SiO_x中间体。

优选地，S2中，烧结在惰性气体的氛围中进行，所述气体选自氩气、氮气中的至少一种。

优选地，S2中，烧结的温度为800℃至1100℃，时间为2小时至6小时。

优选地，S3的具体操作为：先调配合适比例的乙醇和水的混合溶液，将炭包覆SiO_x中间体，导电剂，分散剂及聚合物单体依次加入上述溶液中，充分地搅拌使其完全地反应。