一种氧化亚硅制备锂离子电池负极材料的方法与流程

本发明涉及负极材料领域技术，尤其是指一种氧化亚硅制备锂离子电池负极材料的方法。

背景技术：

锂离子电池在现代社会中已经成为人们生活中不可缺少的电源设备，由于生活水平的提升与越发显著的环境问题，对于锂离子电池的性能在未来的发展中提出了更高要求。因此，开发和生产高安全性、高能量、低成本、长寿命的锂离子电池是储能领域的重要研究方向。负极材料的结构和性质对于电池的电化学性能有着十分重要的作用，而商业化锂离子电池负极材料多数应用石墨体系，由于该体系材料本身较低的理论容量（石墨：372mah/g）以及安全性的限制，因而，开发某种新型高比容量电极材料具有一定的迫切性。

硅基负极材料具有高理论比容量（4200mah/g），且硅具有资源丰富，对环境友好等优点，是下一代锂电池的负极材料的重要方向。在所有的硅基材料中，氧化亚硅材料与金属锂在充放电过程中发生反应，生成的氧化锂（li2o）作为一种缓冲成分能够提高氧化亚硅电极的循环性能。氧化亚硅中在充放电循环过程中产生的体积变化较纯硅的小。然而，氧化亚硅在充放电循环过程中体积变化较大，自身电导率也较低，这是限制氧化亚硅作为负极材料在充放电循环过程中实现长寿命和高倍率性能的主要因素。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种氧化亚硅制备锂离子电池负极材料的方法，其能有效解决现有之氧化亚硅作为负极材料在充放电循环过程中寿命短和倍率性能低的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种氧化亚硅制备锂离子电池负极材料的方法，包括有以下步骤：

（1）氧化亚硅复合物的制备：

1.1)称取20g的siox粉末，再用质量分数为10%的盐酸浸泡搅拌1h，将样品过滤后，用蒸馏水清洗至中性，放到鼓风干燥箱中烘干；

1.2)将干燥好的siox粉末粉碎并进行筛分，获得纳米siox粉末；

1.3)将10g纳米siox粉末分散到900ml的去离子水中，加入50ml的表面活性剂，再加入氨水调节ph值8后，将5g酚醛树脂加入到反应器中，在温度为30℃的条件持续搅拌反应6h；

1.4)将搅拌好的混合溶液进行喷雾干燥；

（2）热处理包覆：

2.1）将喷雾干燥制备的粉末按比例与沥青进行混合搅拌；

2.2）将混合好的样品放置马弗炉中，在氩气保护下以5℃/min升温至650-850℃，保温2h，保温结束后获得最终的成品。

作为一种优选方案，所述喷雾干燥时喷嘴的温度设置为280-320℃。

作为一种优选方案，所述喷雾干燥制备的粉末按比例与沥青进行混合搅拌的质量比例为4-5:1。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：

通过采用本发明方法对氧化亚硅进行改进处理，使得制备出来的负极材料具有较高的首次库伦效率，且具有较为稳定的循环性能，从而在充放电循环过程中实现长寿命和高倍率性能。

附图说明

图1是本发明之实施例1的sem图像。

具体实施方式

本发明揭示了一种氧化亚硅制备锂离子电池负极材料的方法，包括有以下步骤：

（1）氧化亚硅复合物的制备：

1.1)称取20g的siox粉末，再用质量分数为10%的盐酸浸泡搅拌1h，将样品过滤后，用蒸馏水清洗至中性，放到鼓风干燥箱中烘干。

1.2)将干燥好的siox粉末粉碎并进行筛分，获得纳米siox粉末。

1.3)将10g纳米siox粉末分散到900ml的去离子水中，加入50ml的表面活性剂，再加入氨水调节ph值8后，将5g酚醛树脂加入到反应器中，在温度为30℃的条件持续搅拌反应6h。

1.4)将搅拌好的混合溶液进行喷雾干燥；所述喷雾干燥时喷嘴的温度设置为280-320℃。

（2）热处理包覆：

2.1）将喷雾干燥制备的粉末按比例与沥青进行混合搅拌；所述喷雾干燥制备的粉末按比例与沥青进行混合搅拌的质量比例为4-5:1。

2.2）将混合好的样品放置马弗炉中，在氩气保护下以5℃/min升温至650-850℃，保温2h，保温结束后获得最终的成品。

下面以多个实施例的对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

称取20g的siox粉末，用质量分数为10%的盐酸浸泡搅拌1h，将样品过滤后，用蒸馏水清洗至中性，放到鼓风干燥箱中烘干；将干燥好的siox粉末粉碎并进行筛分，获得纳米siox粉末；取10g纳米siox粉末分散到900ml的去离子水中，加入50ml的表面活性剂，再加入氨水调节ph值到8后，将5g酚醛树脂加入到反应器中，在温度为30℃的条件持续搅拌反应6h；将搅拌好的混合溶液进行喷雾干燥，喷嘴的温度设置为280℃。将喷雾干燥制备的粉末取10g与沥青进行混合搅拌，复合物与沥青的比例为5:1；将混合好的样品放置马弗炉中，氩气保护下以5℃/min升温至650℃，保温2h，保温结束后获得最终的成品。

根据实施例1取出制备好的负极材料，将其与导电剂乙炔黑、粘结剂pvdf（聚偏氟乙烯）按照质量比80∶10∶10混合均匀，然后用nmp（1-甲基-2-吡咯烷酮）将此混合物调制成浆料，均匀涂覆于铜箔上，放入烘箱中，在80℃烘干2小时。制成纽扣电池后，使用land系统进行测试，材料的首次放电容量在1104mah/g左右，其首次库伦效率达到85%，多次循环后能达到92%。

实施例2：

称取20g的siox粉末，用质量分数为10%的盐酸浸泡搅拌1h，将样品过滤后，用蒸馏水清洗至中性，放到鼓风干燥箱中烘干；将干燥好的siox粉末粉碎并进行筛分，获得纳米siox粉末；取10g纳米siox粉末分散到900ml的去离子水中，加入50ml的表面活性剂，再加入氨水调节ph值到8后，将5g酚醛树脂加入到反应器中，在温度为30℃的条件持续搅拌反应6h；将搅拌好的混合溶液进行喷雾干燥，喷嘴的温度设置为320℃。将喷雾干燥制备的粉末取10g与沥青进行混合搅拌，复合物与沥青的比例为4.5:1；将混合好的样品放置马弗炉中，氩气保护下以5℃/min升温至700℃，保温2h，保温结束后获得最终的成品。

根据实施例2取出制备好的负极材料，将其与导电剂乙炔黑、粘结剂pvdf（聚偏氟乙烯）按照质量比80∶10∶10混合均匀，然后用nmp（1-甲基-2-吡咯烷酮）将此混合物调制成浆料，均匀涂覆于铜箔上，放入烘箱中，在80℃烘干2小时。制成纽扣电池后，使用land系统进行测试，材料的首次放电容量在1060mah/g左右，其首次库伦效率达到81%，多次循环后能达到90%。

实施例3：

称取20g的siox粉末，用质量分数为10%的盐酸浸泡搅拌1h，将样品过滤后，用蒸馏水清洗至中性，放到鼓风干燥箱中烘干；将干燥好的siox粉末粉碎并进行筛分，获得纳米siox粉末；取10g纳米siox粉末分散到900ml的去离子水中，加入50ml的表面活性剂，再加入氨水调节ph值到8后，将5g酚醛树脂加入到反应器中，在温度为30℃的条件持续搅拌反应6h；将搅拌好的混合溶液进行喷雾干燥，喷嘴的温度设置为300℃。将喷雾干燥制备的粉末取10g与沥青进行混合搅拌，复合物与沥青的比例为4:1；将混合好的样品放置马弗炉中，氩气保护下以5℃/min升温至800℃，保温2h，保温结束后获得最终的成品。

根据实施例3取出制备好的负极材料，将其与导电剂乙炔黑、粘结剂pvdf（聚偏氟乙烯）按照质量比80∶10∶10混合均匀，然后用nmp（1-甲基-2-吡咯烷酮）将此混合物调制成浆料，均匀涂覆于铜箔上，放入烘箱中，在80℃烘干2小时。制成纽扣电池后，使用land系统进行测试，材料的首次放电容量在963mah/g左右，其首次库伦效率达到83%，多次循环后能达到90%。

实施例4：

称取20g的siox粉末，用质量分数为10%的盐酸浸泡搅拌1h，将样品过滤后，用蒸馏水清洗至中性，放到鼓风干燥箱中烘干；将干燥好的siox粉末粉碎并进行筛分，获得纳米siox粉末；取10g纳米siox粉末分散到900ml的去离子水中，加入50ml的表面活性剂，再加入氨水调节ph值到8后，将5g酚醛树脂加入到反应器中，在温度为30℃的条件持续搅拌反应6h；将搅拌好的混合溶液进行喷雾干燥，喷嘴的温度设置为310℃。将喷雾干燥制备的粉末取10g与沥青进行混合搅拌，复合物与沥青的比例为4.2:1；将混合好的样品放置马弗炉中，氩气保护下以5℃/min升温至850℃，保温2h，保温结束后获得最终的成品。

根据实施例4取出制备好的负极材料，将其与导电剂乙炔黑、粘结剂pvdf（聚偏氟乙烯）按照质量比80∶10∶10混合均匀，然后用nmp（1-甲基-2-吡咯烷酮）将此混合物调制成浆料，均匀涂覆于铜箔上，放入烘箱中，在80℃烘干2小时。制成纽扣电池后，使用land系统进行测试，材料的首次放电容量在981mah/g左右，其首次库伦效率达到81%，多次循环后能达到88%。

本发明的设计重点在于：通过采用本发明方法对氧化亚硅进行改进处理，使得制备出来的负极材料具有较高的首次库伦效率，且具有较为稳定的循环性能，从而在充放电循环过程中实现长寿命和高倍率性能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。