一种多孔金属掺杂硅氧复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池材料制备，具体提供一种多孔金属掺杂硅氧复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池是当今国际公认的理想化学能源，具有体积小、电容量大、电压高等优点，被广泛用于移动电话手提电脑等电子产品，日益扩大的电动汽车领域将给锂离子电池带来更大的发展空间。

2、锂离子电池的性能主要取决于所用电池内部材料的结构和性能。这些电池内部材料包括正极材料、负极材料、电解质和隔膜等。其中正、负极材料的选择和质量直接决定锂离子电池的性能与价格。因此廉价、高性能的正、负极材料的研究一直是锂离子电池行业发展的重点。通常负极材料一般选用碳材料，硅作为地壳中的元素，储量丰富，同时其具有很高的理论比容量(4200mahg-1)，使其成为石墨负极材料的替代材料之一。

3、一氧化硅(sio)材料作为典型的锂离子电池负极材料，其循环性能好，且体积膨胀效应不显著，但因其导电性不佳，且充放电首次效率偏低的问题始终存在，针对这些问题，现阶段通常采用预锂化与碳包覆处理来进行改善。

技术实现思路

1、针对si与sio二者各自具有的优缺点，若能实现对二者的性能中和与互补，同时通过对硅与sio原料的资源回收，再有效利用，对硅基负极材料的发展与应用将有巨大的推进作用。

2、硅基材料由于膨胀较大，造成其电池模块的膨胀力较大，使其电池模组的循环性能降低。而降低硅基材料的膨胀措施主要有材料的纳米化、制备多孔硅基材料，但是会造成材料的电子导电率下降，影响其倍率性能性能，同时还会降低材料的首次效率。而改善材料电子导电率的措施主要是通过掺杂导电率高的金属或金属氧化物,填充材料之间的孔隙，降低材料的电子阻抗，但是金属或金属化合物与电解液之间会发生副反应，因此需要进行表面碳包覆以降低副反应。

3、针对上述问题，本发明提供了一种多孔金属掺杂硅氧复合材料及其制备方法；

4、一方面，本发明提供了如下技术方案：

5、一种多孔金属掺杂硅氧复合材料的制备方法，所述制备方法通过将有机金属化合物、有机分散溶剂和有机金属偶联剂分散均匀后添加硅氧材料，将硅氧材料微粒嵌入到多孔金属的孔中以降低膨胀，提升电子导电率。

6、更进一步的，所述有机金属化合物、所述有机分散剂、所述有机金属偶联剂添和所述有机溶剂的质量比为1～10：0.5～2：0.5～2：100～500：100。

7、更进一步的，所述制备方法的实现包括步骤如下：

8、步骤s1：

9、将所述有机金属化合物、所述有机分散剂、所述有机金属偶联剂添加到所述有机溶剂中分散均匀后，添加所述硅氧材料，经超声分散均匀后，喷雾干燥，得到有机金属包覆硅氧前驱体材料；

10、步骤s2：

11、将所述有机金属包覆硅氧前驱体材料与粘结剂混合均匀，之后转移到立式造粒炉中，首先升温到200～400℃碳化1～6h，之后升温到800～1100℃并通入碳源气体保温1～6h，之后在惰性气氛下降温到室温（15～35℃），粉碎，得到所述多孔金属掺杂硅氧复合材料。

12、更进一步的，所述有机金属化合物为2,6-乙酰丙酮铝、三(乙基3-氧代丁酸根合)铝、叔丁醇铝、乙氧基铝、三氟乙酰基丙酮酸铝、仲丁氧基铝、异丙氧基铝、双(2-乙基己酸)羟基铝中的一种或多种的组合。

13、更进一步的，所述有机分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚酰胺、硅油中的一种或多种的组合。

14、所述硅氧材料为一氧化硅(sio)。

15、所述有机金属偶联剂为铝酸酯偶联剂、三硬脂酸钛酸异丙酯、二异丙氧基二乙酰丙酮钛酸酯中的一种或多种的组合。

16、所述有机溶剂为四氯化碳、环己烷、甲基吡咯烷酮、二乙基醚、二异丙基醚、二正丙基醚、二正丁基醚中的一种的组合。

17、所述粘结剂为石油沥青、煤沥青、中间相沥青中的一种或多种的组合，软化点为80-150℃。

18、所述碳源气体为甲烷、乙烷、乙炔、乙烯中的一种。

19、本发明另一方面，涉及一种多孔金属掺杂硅氧复合材料，所述多孔金属掺杂硅氧复合材料基于上述任一方法制备。

20、与现有技术相比，本发明一种多孔金属掺杂硅氧复合材料及其制备方法具有以下突出的有益效果：

21、本发明通过采用化学法将硅氧与有机金属化合物混合，造粒，碳化后，有机金属化合物碳化得到多孔金属化合物，硅氧材料与多孔金属氧化物是通过化学键连接，具有结构稳定，阻抗低等特性；并通过二次造粒，进一步降低其膨胀，同时，通过高温碳化在其外层包覆无定形碳，隔绝内核金属和硅氧与金属与电解液的接触，降低其副反应，提升高温存储性能。

技术特征：

1.一种多孔金属掺杂硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法通过将有机金属化合物、有机分散溶剂和有机金属偶联剂分散均匀后添加硅氧材料，将硅氧材料微粒嵌入到多孔金属的孔中，得到所述多孔金属掺杂硅氧复合材料。

2.根据权利要求1所述的一种多孔金属掺杂硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，所述有机金属化合物、所述有机分散剂、所述有机金属偶联剂、所述有机溶剂和所述硅氧材料的质量比为1～10：0.5～2：0.5～2：100～500：100。

3.根据权利要求1或2所述的一种多孔金属掺杂硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法的实现包括步骤如下：

4.根据权利要求3所述的一种多孔金属掺杂硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，所述，所述有机金属化合物为2,6-乙酰丙酮铝、三(乙基3-氧代丁酸根合)铝、叔丁醇铝、乙氧基铝、三氟乙酰基丙酮酸铝、仲丁氧基铝、异丙氧基铝、双(2-乙基己酸)羟基铝中的一种或多种的组合。

5.根据权利要求3所述的一种多孔金属掺杂硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，所述有机分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚酰胺、硅油中的一种或多种的组合。

6.根据权利要求3所述的一种多孔金属掺杂硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅氧材料为一氧化硅。

7.根据权利要求3所述的一种多孔金属掺杂硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，所述有机金属偶联剂为铝酸酯偶联剂、三硬脂酸钛酸异丙酯、二异丙氧基二乙酰丙酮钛酸酯中的一种或多种的组合。

8.根据权利要求3所述的一种多孔金属掺杂硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为四氯化碳、环己烷、甲基吡咯烷酮、二乙基醚、二异丙基醚、二正丙基醚、二正丁基醚中的一种或多种的组合。

9.根据权利要求3所述的一种多孔金属掺杂硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为石油沥青、煤沥青、中间相沥青中的一种或多种的组合，软化点为80-150℃；

10.一种多孔金属掺杂硅氧复合材料，其特征在于，所述多孔金属掺杂硅氧复合材料基于权利要求1-9任一方法制备。

技术总结
本发明提供了一种多孔金属掺杂硅氧复合材料及其制备方法，所述制备方法通过将有机金属化合物、有机分散溶剂和有机金属偶联剂分散均匀后添加硅氧材料，将硅氧材料微粒嵌入到多孔金属的孔中，得到所述多孔金属掺杂硅氧复合材料。本发明通过采用化学法将硅氧与有机金属化合物混合，造粒，碳化后，有机金属化合物碳化得到多孔金属化合物，硅氧材料与多孔金属氧化物是通过化学键连接，具有结构稳定，阻抗低等特性；并通过二次造粒，进一步降低其膨胀，同时，通过高温碳化在其外层包覆无定形碳，隔绝内核金属和硅氧与金属与电解液的接触，降低其副反应，提升高温存储性能。

技术研发人员：苏红报,苏方征
受保护的技术使用者：青岛新泰和纳米科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13