[發明專利]負極材料、負極、具有該負極的電池及負極材料制備方法

有效

• 申請號: 201210228116.1
• 申請日: 2012-07-04
• 公開（公告）號: CN103199221A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 陳璞;闞顯文
• 申請（專利權）人: 蘇州寶時得電動工具有限公司;陳璞
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/133;H01M4/134;B82Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種負極材料，尤其涉及一種含有碳和硅的負極材料。

本發明還涉及一種具有含有碳和硅的負極。

本發明還涉及一種具有含有碳和硅的負極的電池。

本發明還涉及一種負極材料的制備方法。

背景技術

鋰電池作為現有技術中的一種高能量密度電池，被業界人員進行了廣泛的研究。目前，就制作鋰電池的電極材料，有很多的研究方案。

比如，一種利用氣-液-固VLS(Vapor-liquid-solid)法獲得的硅納米線材料，是一維的硅納米材料。Vapor-liquid-solid法是一種用來制備一維納米材料的方法。通常，通過直接在固體表面吸附氣相來生長晶體的過程比較緩慢。為了克服這一缺點，該法中引入了一種可以快速吸收氣體達到飽和狀態的液態合金，可以使氣態原子在液固界面凝聚成核。當這些原子數量超過液相中的平衡濃度后，結晶便會在合金液滴的下部析出，并最終生長成納米線，而合金則留在其頂部。也就是說，結晶是從襯底表面延伸，并按一定方向形成具有一定形狀、直徑和長度的一維納米材料。這種方法獲得的負極材料其循環性能高，但由于其制備的工藝過程復雜，商業化的可能性小。

另一種采用氧化鋁模版制備的覆碳硅納米管負極材料。以這種負極材料為負極活性物質和以LiCoO₂正極材料為正極活性物質組成的鋰離子電池的容量比普通的商業化的石墨電極的鋰離子電池的容量大10倍。

硅的尺寸越小，越能緩解因充放電過程中體積的巨大變化引起的粉化現象。因此，減小硅的體積是硅負極材料目前研究的最集中地一個方向。

以上提到的兩種負極材料都是在減小硅的尺度方面進行的努力，以緩解負極的粉化現象。但這兩種材料的合成中用到的合成方法過程復雜，有的需要昂貴的儀器，有的合成條件較難控制。因此，有必要提供一種新型的電極材料。

發明內容

本發明提供一種同樣能夠獲得高的容量但是加工工藝簡單的電極材料。

為實現上述目的之一，本發明的技術方案是：一種負極材料，包括硅和碳，所述碳和硅形成的復合物為具有三維有序多孔結構。

優選的，所述復合物的孔的平均尺寸在1納米到999納米范圍之間。復合物的孔的尺寸可以根據制備該復合物的模板的微球尺寸的大小進行調節。也就是說，如果模版的微球尺寸為X納米，那么對應的形成的硅碳復合物中的孔的尺寸也約為X納米。

優選的，所述復合物的孔的平均尺寸不大于750納米。

優選的，所述復合物的孔的平均尺寸不大于480納米。

優選的，所述復合物的孔呈球形，孔的平均直徑不大于750納米。

本發明還提供一種電池的負極，包括前面所述的負極材料。

本發明還提供一種電池，包括正極、負極以及設于正極和負極之間的電解質，所述負極包括前面所述的負極材料。

本發明還提供一種電池的負極材料的制備方法，包括如下步驟：首先，以硅板為基底，將單分散的二氧化硅納米球采用垂直沉積法有序排列；然后將沉積有二氧化硅納米球的硅板放入丁基硅溶液中浸潤，使丁基硅溶液進入二氧化硅的三維結構的間隙中；進而，在真空狀態下，依次在300℃和900℃條件下將滲析有丁基硅的二氧化硅及硅板進行燒制，除去溶液中的有機物，留下碳和硅；再利用氫氟酸蝕刻除去二氧化硅納米球，留下由硅和碳構成的三維有序多孔結構的復合物。

與現有技術相比，本發明由于Si和C構成的規律排列的多孔結構，給硅的反應留下足夠的空間，有效抑制硅在電化學反應過程中因為體積膨脹和收縮空間不足而產生的粉化現象；碳與硅充分混合，導電性提高，三維有序多孔結構骨架的尺寸為納米級，增大了反應的表面積。

電極材料的制作過程簡單，容易控制，制作過程具備工業化潛力。

附圖說明

下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步說明。

圖1是本發明電極材料制備方法的具體實施例的示意圖。

圖2是本發明電極材料的局部放大示意圖。

圖3是本發明電極材料制備過程中二氧化硅模版的局部放大示意圖。

其中，

20二氧化硅小球????????22硅板????????24丁基硅溶液

26碳??????????????????28硅

具體實施方式

一種應用于電化學裝置中的材料，具有碳和硅的基本構成。電化學裝置包括但不僅限于電池。應用此種材料的電池，可被應用于比如便攜式電子裝置、電動工具、電動汽車等領域。