[发明专利]一种倍率型锂离子电池硅复合氧化物材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种倍率型锂离子电池硅复合氧化物材料的制备方法，包括以下步骤，（1）分散：通过表面活性剂和碳纳米管制备碳纳米管分散液；（2）包覆：在步骤（1）制备的碳纳米管分散液中加入正硅酸乙酯，室温下搅拌反应，干燥后得到二氧化硅包覆的碳纳米管；(3)化学沉积：对步骤（2）得到的二氧化硅碳纳米管采用化学沉积法，制备碳包覆的二氧化硅碳纳米管；（4）气相反应：将步骤（3）制备的碳包覆的二氧化硅碳纳米管和镁粉进行配比研磨，在惰性气体保护下，加热，恒温后冷却至室温，再酸洗、洗涤、干燥后，即得倍率型锂离子电池硅复合氧化物材料。本发明制作的硅复合氧化物材料的倍率性能和循环性能优异，制作过程简单实用。

技术领域

本发明属于锂离子电池生产领域，具体涉及一种倍率型锂离子电池硅复合氧化物材料的制备方法。

背景技术

相比于其他类型的二次电池，锂离子电池具有能量密度更高，循环寿命更长，且自放电更小的优点，因此在手机、数码相机、笔记本电脑等电子设备以及电动工具、电动汽车领域有着十分广泛的应用；随着科技的发展，电子设备对电池能量密度和功率密度提出了更高的要求，传统锂离子电池负极材料主要为石墨，其理论容量为372mAh/g，实际应用中石墨容量可超过360mAh/g，基本已经达到了理论极限，从工艺角度已难以取得突破。

相比于石墨材料，硅是目前锂离子电池负极材料中理论容量最高的一种材料，硅可以与锂离子形成锂硅合金Li3.75Si，理论容量高达3752mAh/g，基本相当于石墨材料的十倍，因此硅材料的应用可以大幅度提升锂离子电池的能量密度；但是硅材料在实际应用中面临着两个问题：一是锂离子在与硅形成锂硅合金时，体积会膨胀到原来的3倍，形成巨大的内应力，使得硅负极从集流体上脱离，导致电池失效；二是硅是一种半导体材料，导电率比石墨低很多，使用硅材料作为电池负极材料，会造成电池内阻过大，无法大电流充放电。

针对以上问题，目前多采用将硅与碳材料进行复合的方式来缓解硅的膨胀，但效果有限，另一方面，硅氧化物(SiOX)的容量(约1500mAh/g)虽然比硅的容量小的很多，但是比碳系负极容量(约360mAh/g)高出数倍以上，并且具有硅纳米晶体均匀分散在二氧化硅基体的结构，由此逐渐变成研究的热点。

发明内容

本发明的目的是提供一种倍率型锂离子电池硅复合氧化物材料的制备方法以克服上述技术问题，该方法以碳纳米管为导电基体，将碳纳米管与硅紧密结合，极大提升了硅的导电性能，并在复合材料表面包覆了一层碳层，一定程度上缓解了体积膨胀，提升电池的循环寿命。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种倍率型锂离子电池硅复合氧化物材料的制备方法，包括以下步骤，

(1)分散：通过表面活性剂和碳纳米管制备碳纳米管分散液；

(2)包覆：在步骤(1)制备的碳纳米管分散液中加入正硅酸乙酯，室温下搅拌反应，干燥后得到二氧化硅包覆的碳纳米管；

(3)化学沉积：对步骤(2)得到的二氧化硅碳纳米管采用化学沉积法，制备碳包覆的二氧化硅碳纳米管；

(4)气相反应：以1：0.8-1.5的比例将步骤(3)制备的碳包覆的二氧化硅碳纳米管和镁粉进行配比研磨，在惰性气体保护下，加热至600-900℃，恒温1-10h后冷却至室温，再酸洗、洗涤、干燥后，即可得到倍率型锂离子电池硅复合氧化物材料。

进一步地，步骤(1)的分散过程具体如下：将0.75-10g表面活性剂加入至10-100mL去离子水中，超声分散1-2h形成均匀的混合液，再将1.2-7g碳纳米管加入均匀混合液中，超声分散2-3h后，即可形成均匀的碳纳米管分散液。

进一步地，所述表面活性剂和所述碳纳米管的重量比为1：0.5-1.8。

进一步地，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十八烷基硫酸钠、季铵化物、卵磷脂、脂肪酸甘油酯中的一种。