[发明专利]一种复合负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种复合负极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将银源、氧化亚硅原料和溶剂混合搅拌得到混合溶液；(2)对步骤(1)得到的混合溶液进行烘干处理得到烘干材料；(3)对步骤(2)得到的烘干材料进行热处理得到所述复合负极材料，本发明所述负极材料中，氧化亚硅的Si‑O键的断裂引入银掺杂，银掺杂氧化亚硅导热性有所提升，得到的复合负极材料有着极高的倍率性能，且用其制备的全电池充放电温升得到改善。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种复合负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着消费类电子产品以及新能源汽车的广泛发展，市场对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。高能量密度的锂离子电池需要有高比容量的负极材料与之匹配，石墨作为目前应用最广泛的负极材料，其比容量仅有372mAh/g，难以满足能量密度的要求。硅基负极材料是最有望代替石墨的高容量负极材料，但是单质硅充放电过程中伴随着巨大的体积膨胀/收缩效应(～400％)，在循环过程中，活性物质迅速粉化脱落，导致容量迅速衰减。氧化亚硅负极材料继承了硅基负极材料高容量的优势(1600mAh/g)，且其独特的结构使其在首圈充放电过程中生成硅酸锂相，为内部纳米硅的膨胀提供了缓冲作用，减缓了其体积膨胀效应，因此其循环稳定性大大超过纯硅。

尽管氧化亚硅的比容量高，循环稳定性良好，但氧化亚硅导电性介于半导体与绝缘体之间，其倍率性能差，目前针对氧化亚硅导电性差，绝大多数研究者仿照纯硅改性方法进行包覆，如石墨烯包覆、CNT与VGCF构建导电网络、二氧化钛包覆或多层碳层包覆等。

CN112331852A公开了一种氮自掺杂碳包覆氧化亚硅负极材料及其制备方法和应用，该氮自掺杂碳包覆氧化亚硅负极材料制备方法先将三甲苯中于酒精水溶液中通过嵌段共聚物与多巴胺或丙烯酸酯单体结合，再调节pH，使多巴胺/丙烯酸酯单体自聚合在三甲苯的外层，嵌段共聚物为缓冲层，再通过醇洗的方式除去嵌段共聚物和三甲苯，再通过高温碳化形成氮自掺杂碳包覆层，再以盐溶液的形式将二氧化硅放入包覆层中，再通过镁热还原反应而得到氮自掺杂碳包覆硅负极材料。

CN112670467A公开了一种锂离子电池氧化亚硅/碳/石墨负极材料的制备方法，其所述方法将微米级的氧化亚硅先进行高温歧化、粒径处理得到预处理后的氧化亚硅；然后通过还原和刻蚀相结合的方式制备得到面向生长的银纳米片浆料；将预处理后的氧化亚硅与银纳米片浆料置于螺带真空干燥机中混合，干燥，与有机碳源和锂盐混合均匀，最后经高温煅烧、解聚、除磁、与石墨混合得到成品。

上述方案所述方法对氧化亚硅的本征电导率无提升，仅提高了颗粒界面的离子、电子传导能力，介于氧化亚硅制备过程为真空高温歧化反应Si+SiO₂→SiO，在制备过程中引入元素掺杂比较困难，极少研究者进行氧化亚硅掺杂改性的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合负极材料及其制备方法和应用，本发明所述负极材料中，氧化亚硅的Si-O键的断裂引入银掺杂，银掺杂氧化亚硅导热性有所提升，得到的复合负极材料有着极高的倍率性能，且用其制备的全电池充放电温升得到改善。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种复合负极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将银源、氧化亚硅原料和溶剂混合搅拌得到混合溶液；

(2)对步骤(1)得到的混合溶液进行烘干处理得到烘干材料；

(3)对步骤(2)得到的烘干材料进行热处理得到所述复合负极材料。

本发明通过利用氧化亚硅歧化反应时Si-O键的断裂来引入银掺杂，高温烧结后，Ag颗粒弥散分布于氧化亚硅基体当中，该方法相对于包覆手段提高了氧化亚硅的本征导电性，从而提高了氧化亚硅的倍率性能。