碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物及其制备方法技术

一种碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物及其制备方法，涉及锂电池电极材料制备技术领域，制备方法是先将SiO、ZrO2和去离子水按重量比1：0.01～0.04：100～130投料，球磨、干燥得到SiO/ZrO2复合氧化物粉末；再将SiO/ZrO2复合氧化物粉末在惰性气体保护下，先以升温速率8～11℃/min加热至600～900℃，再在烷烃气体的作用下，保温反应10～40min后，冷却至室温，该制备方法简单、成本低廉，适用于工业生产；制得的碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物，用作锂离子电池负极材料，碳包覆层不易脱落，且可限制氧化物颗粒内部的体积膨胀，组成的锂离子电池具有优异的倍率性能和循环稳定性能。

Carbon encapsulated SiO/ZrO

A carbon encapsulated SiO/ZrO

【技术实现步骤摘要】
碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物及其制备方法
本专利技术涉及一种锂电池电极材料制备
，且特别涉及一种碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物及其制备方法。
技术介绍
锂离子二次电池具有电压高、比能量高、工作温度范围宽、自放电率低、无记忆效应、无环境污染等特点，与镍镉和镍氢电池相比，循环寿命长、安全性能好，因此目前锂离子电池已部分替代其他电源，应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、照相机等便携式电子设备中，未来还将在电动汽车、卫星及航天等军事领域得到广泛的应用。目前工业使用的锂离子电池负极材料多为碳负极材料，包括天然石墨、人造石墨，其理论容量为372mAh·g-1，而新型负极材料中过渡金属氧化物的理论容量范围在500-1000mAh·g-1，其因远高于碳负极材料的理论容量、储量丰富、成本低廉、环境友好等优点被认为是重要的替代性锂电池负极材料，成为人们的研究热点。虽然过渡金属氧化物作为锂离子电池负极材料具有以上诸多优点，但过渡金属氧化物在充电过程中产生的体积膨胀制约了其商业应用。已有研究证实碳包覆是限制过渡金属氧化物体积膨胀的有效手段之一，目前常用的过渡金属氧化物碳包覆方法有物理混合法和化学气相沉积法等。其中，物理混合法制得的碳包覆过渡金属氧化物的碳包覆层在充电过程中极易发生脱落，而化学气相沉积法制得的碳包覆过渡金属氧化物的碳包覆层依旧难以限制充电过程中氧化物颗粒内部的体积膨胀。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物的制备方法，方法简单、成本低廉，适用于工业生产。本专利技术的目的在于提供一种碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物，用作锂离子电池负极材料，碳包覆层不易脱落，且可限制氧化物颗粒内部的体积膨胀，组成的锂离子电池具有优异的倍率性能和循环稳定性能。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本专利技术提出一种碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物的制备方法，其包括以下步骤：将原料SiO、ZrO2和去离子水按重量比1：0.01～0.04：100～130投料，以球磨转速350-500r/min球磨9-12h，干燥得到SiO/ZrO2复合氧化物粉末；将SiO/ZrO2复合氧化物粉末在惰性气体保护下，先以升温速率8～11℃/min加热至600～900℃，再在烷烃气体的作用下，保温反应10～40min后，冷却至室温。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，上述球磨的方法是：将原料和不锈钢磨球投入不锈钢球磨罐，密封不锈钢球磨罐后，放入球磨机中进行球磨。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，上述投料的方法是：先将SiO、ZrO2投入不锈钢球磨罐，再加入去离子水和不锈钢磨球。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，上述不锈钢磨球的直径为1～2.5mm。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，上述SiO与不锈钢磨球的重量比为1：150～200。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，上述干燥的方法是：于70-95℃下干燥至少24h。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，上述制备碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物的具体方法是：将SiO/ZrO2复合氧化物粉末置于管式炉的石英管中，密封石英管，往石英管内通入流量为450～550ml/min的惰性气体30～40min；保持通入的惰性气体流量不变，将管式炉加热至600～900℃；将通入的惰性气体切换成流量为250～350ml/min、由C2H2和氩气组成的混合气体，保温反应10～40min；将通入的混合气体切换回流量为450～550ml/min的惰性气体，冷却至室温，即得碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，上述混合气体是由体积比为3～7:97～93的C2H2和氩气组成，惰性气体为氮气或氩气。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，先将SiO/ZrO2复合氧化物粉末放入石英坩埚，再将石英坩埚置于石英管中。一种碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物，其采用上述的碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物的制备方法制得。本专利技术实施例的碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物及其制备方法的有益效果是：制备碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物时，先将SiO、ZrO2和去离子水按重量比1：0.01～0.04：100～130投料，以球磨转速350-500r/min球磨9-12h，干燥得到SiO/ZrO2复合氧化物粉末；再将SiO/ZrO2复合氧化物粉末在惰性气体保护下，先以升温速率8～11℃/min加热至600～900℃，再在烷烃气体的作用下，保温反应10～40min后，冷却至室温，该制备方法简单、成本低廉，适用于工业生产；制得的碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物，用作锂离子电池负极材料，碳包覆层不易脱落，且可限制氧化物颗粒内部的体积膨胀，组成的锂离子电池具有优异的倍率性能和循环稳定性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例1中的SiO/ZrO2复合氧化物的扫描电镜图；图2为本专利技术实施例1中的碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物的扫描电镜图；图3为本专利技术实施例1中的碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物的倍率性能曲线图；图4为本专利技术实施例1中的碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物的循环性能曲线图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物及其制备方法进行具体说明。本专利技术实施例提供一种碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物的制备方法，其包括以下具体步骤：S1、制备复合氧化物：将原料SiO、ZrO2和去离子水按重量比1：0.01～0.04：100～130投料，以球磨转速350-500r/min球磨9-12h，优选以球磨转速450r/min球磨10h，经70-95℃干燥至少24h，得到黑色的SiO/ZrO2复合氧化物粉末。其中，球磨的方法是：先将原料SiO、ZrO2投入不锈钢球磨罐，再在不锈钢球磨罐中加入去离子水和不锈钢磨球，密封不锈钢球磨罐，不锈钢磨球的直径为1～2.5mm，优选为2mm；且SiO与不锈钢磨球的投料重量比为1：150～200。S2、制备碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物：将上述SiO/ZrO2复合氧化物粉末在惰性气体保护下，惰性气体为高纯氮气(N2)或高纯氩气(Ar)，先以升温速率8～11℃/min加热至600～900℃，升温速率优选为10℃/min，再在烷烃气体的作用下，保温反应10～40min后，冷却至室温。制备碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物的具体方法是：S21、先将SiO/ZrO2复合氧化物粉末放入石英坩埚，再将石英坩埚置于管式炉的石英管中，一般是称取2～3gSiO/ZrO2复合氧化物粉末放入石英坩埚，再置于长100cm、直径60cm的石英管中，密封石英管，往石英管中通入流量为450～550ml/min的惰性气体30～40min，优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳包覆SiO/ZrO

【技术特征摘要】
1.一种碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：将原料SiO、ZrO2和去离子水按重量比1：0.01～0.04：100～130投料，以球磨转速350-500r/min球磨9-12h，干燥得到SiO/ZrO2复合氧化物粉末；将所述SiO/ZrO2复合氧化物粉末在惰性气体保护下，先以升温速率8～11℃/min加热至600～900℃，再在烷烃气体的作用下，保温反应10～40min后，冷却至室温。2.根据权利要求1所述的碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物的制备方法，其特征在于，球磨的方法是：将所述原料和不锈钢磨球投入不锈钢球磨罐，密封所述不锈钢球磨罐后，放入球磨机中进行球磨。3.根据权利要求2所述的碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物的制备方法，其特征在于，投料的方法是：先将所述SiO、所述ZrO2投入所述不锈钢球磨罐，再加入所述去离子水和所述不锈钢磨球。4.根据权利要求2所述的碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物的制备方法，其特征在于，所述不锈钢磨球的直径为1～2.5mm。5.根据权利要求2所述的碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物的制备方法，其特征在于，所述SiO与所述不锈钢磨球的重量比为1：150～200。6.根据权利要求1所述的碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪广进，刘海，文胜，龚春丽，程凡，汪杰，郑譞，郑根稳，张丙青，舒宏晖，
申请(专利权)人：湖北工程学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42