[发明专利]一种g-C3

说明书

本发明提供了一种g‑C₃N₄层包覆硅负极材料的制备方法及其应用。本发明以硅纳米颗粒、硅纳米线或者多孔硅等为原料，将硅原料放入不同浓度尿素溶液中超声振荡，水浴蒸干后冷冻干燥处理；将硅样品置于管式炉中，在惰性气氛下以一定升温速率进行退火处理，冷却至室温即可得到g‑C₃N₄层包覆的硅复合负极材料。g‑C₃N₄包覆层能解决硅导电性不足和固体电解质膜不稳定的问题。另外，g‑C₃N₄在嵌Li⁺后形成高导电和高锂离子传输的Li₃N，因而g‑C₃N₄层包覆硅负极材料表现出优异的电化学性能，在锂离子电池方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料，尤其涉及一种g-C₃N₄包覆的硅负极材料的制备方法及其应用。

背景技术

锂离子电池经过几十年的发展，广泛应用于便携电子、电力运输、甚至电网储能等日常生活中。但随着电动汽车和电子器件的不断进步，急需提高锂离子电池的性能以满足电子设备能源的需求。锂离子电池包括正极、负极、电解液、隔膜等。其中改善负极材料的电化学性能是提高锂离子电池电化学性能的有效方法之一。传统的石墨负极因为较低的可逆比容量和较差的倍率性能难以满足电子设备对续航和快速充放电的需求。

硅，因为较高的理论比容量(4200mAhg^-1)、较低的嵌锂电位(0.2～0.3V vs.Li/Li⁺)、丰富的储量和环境良好等因素成为最具潜力的锂离子电池负极材料之一。但是。由于硅材料在脱嵌锂过程中会导致巨大的体积膨胀从而造成电极材料的粉化和结构破坏、同时严重的界面副反应会不断消耗电解液中的锂离子，此外本身固有的低电子电导率(约10^-3Scm^-1)会限制其循环稳定性、库仑效率(CE)和倍率能力，硅负极除面临以上难题外，还涉及到生产成本与工艺问题。较高的生产成本和复杂的技术工艺无法推动硅负极的快速发展。这些问题严重阻碍其进一步实际应用。

目前，改善硅负极材料的方法主要有硅的结构设计，例如纳米硅颗粒、一维硅纳米线、二维层状硅、三维多孔硅等；硅的复合设计，例如硅碳复合、硅磷复合等；硅合金设计，例如硅镍、硅铜、硅锗等。这些改善硅负极材料的方法极大的促进了硅商业化的进程。其中硅的表面修饰工程是目前提高硅性能的高效方法之一。由于在硅表面会形成固体电解质界面(SEI)，而巨大的体积膨胀会引起SEI层破坏，从而导致SEI层在不断的形成和破坏，引起电解液中锂离子的消耗。所以构建表面包覆层从而稳定SEI层，可以促进锂离子的传输，减少界面副反应，降低电池阻抗等。