CN111115639A - 一种归中反应制备SiOx@C材料的方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种归中反应制备SiOx@C材料的方法及应用，该方法采用二氧化硅与硅粉发生归中反应，在高温保护气的帮助下，调节反应温度得到产物SiOx材料，通过喷雾干燥法进行碳包覆，得到高性能SiOx@C材料。该发明工艺不采用易燃易致爆的镁热还原法，直接采用市场上价格便宜的粗硅与低纯度的二氧化硅粉末产生归中反应，原料便宜易得，得到高质量SiOx@C材料。该发明得到的SiOx@C材料颗粒具有多孔结构，碳包覆均匀，倍率性能良好，可以应用到锂电池负极材料领域。

Description

一种归中反应制备SiOx@C材料的方法及应用
技术领域
本发明属于新能源材料制备技术领域，特别涉及一种归中反应制备SiOx@C材料的方法及应用。
背景技术
氧化亚硅（SiO）是下一代新型负极材料，具有高容量、低膨胀、长寿命等特点，可有效提升消费类电子产品和电动汽车的续航能力。纳米硅粉的理论比容量有4200 mAh/g，氧化亚硅的理论比容量是2000 mAh/g，但是合成较纯的氧化亚硅工艺较为困难，一般采用高温真空气相沉积法，设备要求高，生产费用昂贵，后期还要进行碳包覆，工序较为复杂。因此本发明采用归中反应制备SiOx@C材料，硅基材料中通常因为氧元素的加入大大降低了材料的膨胀系数，也加长了材料的循环寿命。因此采用更低廉成本的方法合成氧含量可控的SiOx@C材料成为研究者攻克的目标。
常规的SiO@C材料一般都是先将单质硅与二氧化硅混合在1300℃以上的高温，真空条件下发生中和反应，速冷结晶得到SiO，后将SiO进行碳包覆。如专利CN 201810059105.2所述，该方法合成条件苛刻，对设备要求过高，难以大规模工业化生产。本发明的主要目的是采用低成本原料，不通过高温真空的苛刻条件，合成SiOx，对其进行碳包覆，得到SiOx@C。本发明从工业化角度上降低了生产成本，在保证负极材料高比容量需求的情况下保证了材料的优异性能，通过调控工艺参数改进材料导电性、循环性能和倍率性能。
发明内容
本发明目的是提供一种归中反应制备SiOx@C材料的方法及应用，提高SiOx@C材料的倍率性能、循环稳定性能。保留生物质碳，达到提高SiOx@C材料的导电性及循环稳定性的目的。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
1）将粗硅与二氧化硅砂磨混合，置于炉中，通入惰性保护气，在一定温度下反应一定时间，得到氧化亚硅；
2）将得到的氧化亚硅与葡萄糖溶液混合，通过喷雾干燥机，得到粉末后置于炉中，通入惰性保护气，在一定温度下反应一定时间，得到SiOx@C产物。
所述粗硅为工业用二氧化硅碳热反应后得到的含碳硅粉。
所述二氧化硅为工业用二氧化硅。
所述步骤1）中砂磨转速为400-600转每分钟，砂磨时间为2-4小时。
所述惰性气体为氮气、氩气、氢氩混合气中的一种或两种以上。
所述步骤1）烧结过程中，烧结温度在700-1100℃，烧结时间在2-12小时。
所述葡萄糖中碳元素与氧化亚硅摩尔比为1:1~3:1。
所述步骤2）烧结过程中，烧结温度在400-700℃，烧结时间在1-5小时。
本发明优点在于：本发明采用价格低廉的原料，通过比传统工艺成本更低的工艺得到性能优良的产品，本发明采用喷雾干燥进行碳包覆，既能重塑材料微观形貌，又能精确掌握碳包覆的碳含量，增强了材料的稳定性和倍率性能。
采用本发明的SiOx@C材料具有优异的稳定性，可提高二氧化硅材料的导电性，提升倍率性能，利于动力电池产业化进程。
附图说明
图1 是本发明实施例1，2，3合成得到的SiOx@C材料X射线衍射对比图谱。
图2是本发明实施例1提供的SiOx@C材料的锂电池充放电性能图。
具体实施方式
实施例1
将粗硅与二氧化硅砂磨混合，置于炉中，通入氮气，在1100℃下反应6小时，得到氧化亚硅；将得到的氧化亚硅与葡萄糖溶液混合，葡萄糖中碳与氧化亚硅摩尔比为1:1，通过喷雾干燥,，得到粉末后置于炉中，通入氮气，在400℃下反应3小时，得到SiOx@C产物。
实施例2
将粗硅与二氧化硅砂磨混合，置于炉中，通入氮气，在1000℃下反应10小时，得到氧化亚硅；将得到的氧化亚硅与葡萄糖溶液混合，葡萄糖中碳与氧化亚硅摩尔比为1:1，通过喷雾干燥,，得到粉末后置于炉中，通入氮气，在500℃下反应4小时，得到SiOx@C产物。
实施例3
将粗硅与二氧化硅砂磨混合，置于炉中，通入氮气，在900℃下反应6小时，得到氧化亚硅；将得到的氧化亚硅与葡萄糖溶液混合，葡萄糖中碳与氧化亚硅摩尔比为2:1，通过喷雾干燥,，得到粉末后置于炉中，通入氮气，在500℃下反应3小时，得到SiOx@C产物。

Claims (9)

1.一种锂离子电池负极SiOx@C材料，其特征在于：所述的SiOx@C材料是一种SiOx（0＜x＜2）与碳复合的材料。
2.如权利要求1所述SiOx@C材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将粗硅与二氧化硅砂磨混合，置于炉中，通入惰性保护气，在一定温度下反应一定时间，得到氧化亚硅；
2）将得到的氧化亚硅与葡萄糖溶液混合，通过喷雾干燥机，得到粉末后置于炉中，通入惰性保护气，在一定温度下反应一定时间，得到SiOx@C产物。
3.如权利要求1所述SiOx@C材料的制备方法，其特征在于：所述粗硅为工业用二氧化硅碳热反应后得到的含碳硅粉。
4.如权利要求1所述SiOx@C材料的制备方法，其特征在于：所述二氧化硅为工业用二氧化硅。
5.如权利要求1所述SiOx@C材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中砂磨转速为400-600转每分钟，砂磨时间为2-4小时。
6.如权利要求1所述SiOx@C材料的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氮气、氩气、氢氩混合气中的一种或两种以上。
7.如权利要求1所述SiOx@C材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1）烧结过程中，烧结温度在700-1100℃，烧结时间在2-12小时。
8.如权利要求1所述SiOx@C材料的制备方法，其特征在于：所述葡萄糖中碳元素与氧化亚硅摩尔比为1:1~3:1。
9.如权利要求1所述SiOx@C材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2）烧结过程中，烧结温度在400-700℃，烧结时间在1-5小时。
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