本发明涉及一种锂离子电池，尤其涉及一种基于硅氧碳材料的超高比容量锂离子电池及其制备方法。
背景技术：
1、锂电池作为现代便携电子设备、电动汽车和储能系统的核心组件，其性能对这些技术的发展至关重要。锂电池的性能在很大程度上取决于其负极材料。目前，商业化锂电池主要使用石墨作为负极材料。然而，石墨负极的理论比容量为372mah/g，已接近其极限，这对追求更高能量密度的应用场景形成了瓶颈。硅材料的理论比容量高达4200mah/g，是石墨的十倍以上，能够显著提升锂电池的能量密度。然而，目前所有的材料实际测量的比容量最高不超过3800mah/g，给锂电池负极的发展造成了瓶颈。硅碳材料作为新一代锂电池负极材料，因其具有较高的理论比容量和良好的电化学性能而备受关注，但是所有的硅碳材料负极实际容量大部分都低于3000mah/g。
2、基于此，本发明提出一种基于硅氧碳负极材料的锂电池，本发明涉及的基于硅氧碳材料的锂电池在0.1c(37.2ma/g)倍率下首次放电比容量可达4227.4mah/g，突破了硅材料的理论比容量极限，首效可达71.80％，具有不错的循环性能。同时，本材料已经能够实现量产，这使得本发明在锂电池领域中展现出巨大的潜力，有望在未来的储能技术中发挥重要作用。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种比容量高、并且能够批量化生产的基于硅氧碳材料的锂离子电池及其制备方法。
2、本发明所采用的技术方案如下：
3、一种基于硅氧碳材料的超高比容量锂离子电池，采用硅氧碳材料作为负极材料，所述的硅氧碳材料是利用气态或液态硅源以及气体碳源、气体氧源原位生长制备得到的复合材料，所述复合材料具有结构区域分布特征，其自内向外依次为硅、硅氧碳、石墨烯。其中，石墨烯为卷曲的石墨烯。
4、所述的硅源为硅烷或者环四甲基二甲基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、三正丁氨基甲基硅烷等液态的有机硅。
5、所述的碳源优选为甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、甲醇、乙醇中的一种或多种。
6、所述的氧源为氧气、二氧化碳等气体。
7、其制备方法包括如下：
8、采用化学气相沉积cvd法，向抽真空的反应炉管内通入气态或液态硅源及气体氧源，并通入保护气氛，控制升温至特定温度，反应一定时长后，进一步通入气体碳源和氢气，碳化一定时间，冷却至室温，得到硅氧碳材料，尤其是可以在通入气体碳源和氢气进行碳化的过程中同步通入微量(通常低于10sccm)的氧气，更有利于获得具有优异性能的所述硅氧碳材料。
9、进一步地，所述抽真空为反应炉管内抽真空至10-5～5×103pa。
10、进一步地，所述的碳源与氢气的摩尔比为100:1-1:100。
11、进一步地，所述的保护气氛为氩气、氮气、氦气中的一种或多种。
12、进一步地，所述的特定温度为500℃～2800℃。
13、进一步地，所述反应一定时长为10-24h。
14、进一步地，所述碳化一定时间为10-14h。
15、本发明的有益效果是：
16、本发明通过选用特定硅源与碳源，将硅与碳材料复合，利用碳材料的导电性和结构稳定性，能够有效缓解硅材料在循环过程中的体积膨胀。特别是，所制得的硅氧碳材料呈二维，由于其独特的层状结构和较大的比表面积，且整个材料具有明显结构区域分布特征，能够提供更多的锂离子嵌入位点和良好的电解液接触界面，有效提升锂电池的比容量。采用本发明制得的锂离子电池，其具有极高的放电比容量，突破了硅材料的理论比容量极限，具有优异的循环性能。此外，本发明方法简单，可大规模批量生产，有利于推广应用。
1.一种基于硅氧碳材料的超高比容量锂离子电池，其特征在于，采用硅氧碳材料作为负极材料，所述的硅氧碳材料是利用气态或液态硅源以及气体碳源和气体氧源原位生长制备得到的复合材料，所述复合材料具有结构区域分布特征，其自内向外依次为硅、硅氧碳、石墨烯。
2.根据权利要求1所述的基于硅氧碳材料的超高比容量锂离子电池，其特征在于，所述电池在0.1c(37.2ma/g)倍率下首次放电比容量达4227.4mah/g，突破了硅材料的理论比容量极限，首效达71.80％。
3.根据权利要求1所述的基于硅氧碳材料的超高比容量锂离子电池，其特征在于，所述的硅源为气态硅源或液态的有机硅，优选为硅烷、环四甲基二甲基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、三正丁氨基甲基硅烷中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的基于硅氧碳材料的超高比容量锂离子电池，其特征在于，所述的碳源为甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、甲醇、乙醇中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的基于硅氧碳材料的超高比容量锂离子电池，其特征在于，所述硅氧碳材料采用两步法制得，其制备方法包括如下：
6.根据权利要求5所述的基于硅氧碳材料的超高比容量锂离子电池，其特征在于，所述的氧源气体为氧气、二氧化碳中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的基于硅氧碳材料的超高比容量锂离子电池，其特征在于，所述的特定温度为500℃～2800℃。
8.根据权利要求5所述的基于硅氧碳材料的超高比容量锂离子电池，其特征在于，所述反应一定时长为反应10-24h。
9.根据权利要求5所述的基于硅氧碳材料的超高比容量锂离子电池，其特征在于，所述碳化一定时间为碳化10-24h。
10.一种硅氧碳材料，其特征在于，为权利要求1-8任一项所述的锂离子电池中的硅氧碳材料。
