[发明专利]纳米金刚石与SiOx复合电极材料及制备方法

说明书

本发明的纳米金刚石与SiOx复合电极材料及制备方法属于锂离子电池负极材料的技术领域。其特征在于，由纳米金刚石支撑碳层与SiOx，制备方法为：将柠檬酸、尿素溶于去离子水中，形成无色透明溶液，加入纳米金刚石和SiOx；超声处理60分钟后，将溶液置于微波炉中，并以850W的功率加热10分钟；将得到的固体复合物在惰性气体气氛下900℃干燥碳化2小时。本发明制备的样品具有较高的锂离子的存储密度与传输速率，用其制作的锂电池具有很好的比容量与保持率。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料的技术领域，涉及一种纳米金刚石粉、SiO_x及碳复合电极材料及其制备方法。

背景技术

具有高能量密度和长循环寿命的锂离子电池(LIB)已经发展成为新型能量存储和转换装置，负极材料的选择对于下一代LIB的开发至关重要。具有高理论容量(>1200mAh/g)的SiOx负极是替代市售低容量石墨负极(372mAh/g)的潜在替代品。然而，体积变化过大(≈200％)和低电子电导率(≈6.7×10^-4s/cm)的固有缺点会导致电化学性能不佳。SiOx和碳的重组是解决这些固有缺点的最常用和有效的方法，因为碳基质可以限制SiOx的体积膨胀并提供高电导率以形成优异的电极。但是，在循环过程中碳基质的破裂会导致负极的损毁，进而引起电极容量的急剧衰减。此外，在基于SiOx的负极中嵌入和析出Li⁺将降低部分或全部的容量保持率。因此研究人员都在寻求足够稳定的复合SiOx材料，以便在循环后保持高可逆容量。

发明内容

本发明的目的是，克服背景技术存在的不足，提供一种纳米金刚石与SiOx复合电极材料及制备方法，提高材料的充放电容量、循环稳定性和倍率性能，获得一种电化学性能好、成本低、绿色环保的电极材料。

本发明采用微波法制备纳米金刚石(ND)支撑碳层(C)与SiOx的复合材料(SiOx/ND-C)。ND的钉扎效应和SiOx在无定形碳基质中的均匀分散使SiOx/ND-C负极具有极其稳定的循环曲线和高容量保持率。本发明制备的这种具有多层结构的SiOx/ND-C纳米复合材料具有卓越的容量性能(比容量为1182mAh/g，在100次循环后在100mA/g的恒定电流下容量保持率为97.3％)和优异的循环稳定性(比容量为647mAh/g，在500次循环后在1000mA/g的高恒定电流下容量保持率为90.4％)。

本发明的技术方案如下：

一种纳米金刚石与SiO_x复合电极材料，其特征在于，由纳米金刚石支撑碳层与SiOx，其中x取值范围为0.8～1.6，SiOx与纳米金刚石的质量比为5:1。

所述的纳米金刚石，粒径尺寸优选5～10nm。

所述的SiO_x，粒径尺寸优选500～800nm。

一种纳米金刚石与SiO_x复合电极材料的制备方法，有以下步骤：

将柠檬酸、尿素溶于去离子水中，形成无色透明溶液，加入纳米金刚石和SiOx，其中x的取值范围为0.8～1.6，按质量比，柠檬酸:尿素:纳米金刚石:SiOx＝25:75:2:1，每g柠檬酸使用10～20mL去离子水；超声处理60分钟后，将溶液置于微波炉中，并以850W的功率加热10分钟，溶液煮沸并从无色变成棕褐色，最后变成深棕色固体复合物；将固体复合物在惰性气体气氛下在900℃下干燥碳化2小时，得到纳米金刚石与SiO_x复合电极材料。

有益效果：

1、本发明制备的样品具有较高的锂离子存储密度与传输速率，可作为一种理想的锂离子电池电极材料。

2、本发明制备的样品具有优异的电化学性能，用其制作的锂电池具有很好的比容量与保持率。

附图说明