[发明专利]含镁一氧化硅/硅@树脂碳/CVD碳材料的制备方法

说明书

含镁一氧化硅/硅@树脂碳/CVD碳材料的制备方法：将一氧化硅颗粒和硅颗粒加入到无水乙醇中混合，超声分散；加入树脂，加热使树脂溶解，搅拌研磨，喷雾干燥；热处理，使树脂先发泡再碳化；在表面放置镁片，真空条件下热处理；放入化学气相沉积炉中，进行表面碳沉积，即成。本发明所得含镁一氧化硅/硅@树脂碳/CVD碳材料具有独特的双层包覆结构，小粒径一氧化硅和硅化镁均匀分散在碳材料中，用于制作锂离子电池负极，锂化速率提高3~4.5倍；本发明制备方法，操作简单，成本低，易于工业化生产；所得电池负极材料能大幅度提高锂离子电池的首次库伦效率，延长其使用寿命。

技术领域

本发明涉及含镁硅/碳材料的制备方法，具体涉及含镁一氧化硅/硅碳材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有电压高、比能量高、循环寿命长的优点而受到广泛应用；但同时，以石墨等材料为负极的锂离子电池，理论容量仅有375 mAh g^-1。随着便携电子设备性能越来越强大，提高锂离子电池的能量密度与循环寿命成为了越来越紧迫的需求。

与传统石墨负极相比，硅具有超高的理论比容量（4200 mAh g^-1），是锂离子电池升级换代富有潜力的选择之一。但是以硅基材料作为锂离子电池负极还存在一些其他问题：

硅是半导体材料，本身的电导率较低。在充放电过程中，锂离子的嵌入和脱出会使材料体积发生300%以上的膨胀与收缩，导致材料粉化、开裂，造成结构坍塌，最终导致电极活性物质与集流体脱离，造成电池内阻增加，导致电池循环性能大大降低。

为改善硅基负极循环性能，提高材料在循环过程中的结构稳定性，通常将硅材料纳米化和复合化，如形成多孔材料、硅薄膜材料、硅纳米线、硅复合材料、硅氧化物。其中，制备成硅基复合材料是缓解充放电过程中体积膨胀比较有效的方法，此方法已被广泛应用于锂离子电池负极材料的改性研究中。

此外，硅基材料还存在首次库伦效率（充放电效率）低的问题，这意味着用正极材料和硅基负极材料匹配成电池时，较多的锂离子在第一次充放电完成后就成为了负极SEI膜成分或消耗在了其它方面，而无法再回到正极，导致比容量下降。

CN110176601A公开了一种碳包覆氧化亚硅负极材料及其制备方法和应用，所得碳包覆氧化亚硅负极材料具有核壳结构，包括由内至外依次分布的核体、缓冲层和外层；核体为低氧值氧化亚硅，缓冲层为碳纳米管，外层为碳包覆层；该方法采用碳纳米管作为柔性缓冲层来抑制整个负极材料颗粒的体积变化，但无法抑制氧化亚硅核体的体积变化，经过多次充放电循环后，氧化亚硅依然会出现粉化；该改性方法对材料提升首次库伦效率没有明显作用。

CN110311120A公开了一种锂离子电池用含镁氧化硅负极材料及其制备方法。主要包括原料准备、硅化镁制备以及含镁氧化硅负极材料制备步骤。材料中镁金属与硅金属在旋转加热炉中加热复合生成硅化镁，但是由于混合程度不均匀，形成硅化镁的量有限，不能很好地起到提升材料首次库伦效率的作用。

CN103219504A公开了一种锂离子电池用一氧化硅复合负极材料及其制备方法，通过一氧化硅外层包覆有碳纳米管和无定型碳包覆层从而阻止硅粒子的粉化；但是所得负极材料的每个颗粒中，一氧化硅都聚集在一起，形成一个较大的内芯，经过多次充放电循环后，一氧化硅依然会出现粉化，同时该负极材料的硅含量过少，比容量小；该改性方法对材料提升首次库伦效率没有明显作用。

发明内容

本发明所要解决技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种镁与硅反应充分的含镁一氧化硅/硅@树脂碳/CVD碳材料的制备方法；该制备方法所得含镁一氧化硅/硅@树脂碳/CVD碳材料，首次库伦效率高，比容量大，循环稳定性好。

本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：含镁一氧化硅/硅@树脂碳/CVD碳材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将一氧化硅颗粒和硅颗粒加入到无水乙醇中混合，超声分散，得分散液；