[发明专利]一种硅氧碳复合材料的制备方法、负极片和电池

说明书

本发明提供一种硅氧碳复合材料的制备方法、负极片和电池，一种硅氧碳复合材料的制备方法，所述制备方法为：将金属硅粉、二氧化硅粉末、镁粉混合，得到混合物料；将所述混合物料置于反应器中并通入二氧化碳气体，点燃所述混合物料引发自蔓燃反应，当反应完成后得到硅氧碳复合材料。本发明中提供了一种采用自蔓燃反应制备硅氧碳复合材料的方法，所述制备方法操作简单，原料易得且价廉，大幅度地降低了硅氧碳复合材料的生产成本。利用本发明中所述方法制备得到的硅氧碳复合材料具有氧含量可调、纯度高、晶体颗粒小，显著的降低了材料的循环膨胀，提升了材料的比容量和循环寿命的优点。

技术领域

本发明涉及制备硅氧碳复合材料技术领域，具体涉及一种硅氧碳复合材料的制备方法、负极片和电池。

背景技术

锂离子电池因其优异的性能已经在便携式消费电子、电动工具、医疗电子等领域获得了广泛应用。同时，在纯电动汽车、混合动力汽车以及储能等领域也显示了良好的应用前景。目前商业化的锂离子电池负极材料仍以传统石墨负极材料为主，其实际比容量已经接近372mAh/g的理论值，很难有提升空间。硅负极材料具有较高比容量(4200mAh/g)和体积能量密度，在锂离子电池中应用中不会引起表面析锂现象，有着良好的安全性，相对于其他高比容量材料有着明显的优势。但是硅负极材料也存在问题，比如循环寿命低、体积变化大、持续产生SEI膜等。

针对硅负极材料存在的问题，人们发现将硅部分氧化形成硅氧化物SiOx(0x2)，通过牺牲部分比容量的方式来缓解材料的体积变化，可以显著改善硅材料在电池中应用时的循环稳定性。但硅氧化物存在首次库伦效率低、制备条件苛刻、批量化生产困难等问题，国内硅氧化物的工业化生产主要是用高温蒸发冷凝收集工艺，产量低且能耗高，单体生产设备单产最大仅为50公斤，能耗占据整个生产成本的35％左右。

为了解决硅氧化物作为负极材料时的首次库伦效率低的问题，目前采用将硅氧化物进行包碳处理的方式来提升首次库伦效率、可逆容量和循环稳定性。主要包碳方式有砂磨歧化、球磨喷雾干燥、沥青固相包碳、酚醛树脂液相包碳、CVD气相包碳等，但以上包碳方式存在相对成本较高、产量低、危险性大、工业化难度高等难题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种硅氧碳复合材料的制备方法、负极片和电池，用于解决现有技术中存在的相对成本较高、产量低、危险性大、工业化难度高等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种硅氧碳复合材料的制备方法，所述制备方法为：

将金属硅粉、二氧化硅粉末、镁粉混合，得到混合物料；将所述混合物料置于反应器中并通入二氧化碳气体，点燃所述混合物料引发自蔓燃反应，当反应完成后得到所述硅氧碳复合材料。

进一步地，将所述混合物料置于反应器中，对所述反应器进行抽真空，当真空度≤10Pa时关闭抽真空系统，通入二氧化碳气体。

进一步地，在反应过程中通过控制所述二氧化碳气体的流量，控制反应温度维持在1300-1700℃。

进一步地，所述金属硅粉、所述二氧化硅粉末、所述镁粉和所述二氧化碳按照摩尔比为1：(0.5～1.5)：(2～4)：(1.5～2.5)的比例混合。

进一步地，所述原料的添加量为5-10kg/h，所述二氧化碳气体的流速为2～6m³/h。

进一步地，所述金属硅粉的粒径D50为5-20μm，和/或

所述二氧化硅粉末的粒径D50为5-20μm，和/或

所述镁粉的粒径D50为5-20μm。

进一步地，所述制备方法还包括：对所述硅氧碳复合材料进行酸洗。