[發(fā)明專利]一種鋰離子電池硅銀復(fù)合負(fù)極材料的制備方法

無效

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• 申請日: 2012-07-03
• 公開（公告）號: CN102751477A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方謀;王要武;尚玉明;陳敬波;王金海;趙驍;王樹博;謝曉峰
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62
• 代理公司: 北京眾合誠成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 薄觀玖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化工材料制備方法技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋰離子電池硅銀復(fù)合負(fù)極材料的制備方法。

背景技術(shù)

自1991年SONY公司商業(yè)化生產(chǎn)鋰離子電池以來，鋰離子電池已成為便攜式電子設(shè)備不可或缺的部分。同時(shí)，受全球石油儲(chǔ)量和環(huán)境的壓力，近年來世界各國都在競相發(fā)展混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車，以取代傳統(tǒng)的燃油汽車。因此，社會(huì)對鋰離子電池的需求促進(jìn)了鋰離子電池研究的不斷深入。

目前，商業(yè)化的鋰離子電池采用石墨作為負(fù)極材料，其來源豐富，工作電壓平穩(wěn)，但理論容量僅有372?mAh/g。為提高負(fù)極材料的比容量，作為鋰離子電池負(fù)極材料的Si具有最高的理論比容量（4212?mAh/g），是地殼中儲(chǔ)量僅次于氧的元素。但是，硅的電導(dǎo)率較低，并且在充放電過程中存在高達(dá)300?%的體積膨脹。這導(dǎo)致顆粒的粉化，進(jìn)而與導(dǎo)電劑分離，從集流體上剝離，降低了Si基負(fù)極材料的循環(huán)性能，因此制約了Si基負(fù)極材料的商業(yè)化應(yīng)用。

目前為解決硅負(fù)極材料粉化和電導(dǎo)率差等問題所采取的方法主要為制造一維硅納米線或二維硅納米薄膜，這都需要利用大型、昂貴的設(shè)備，并且制作工藝繁雜，難于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種鋰離子蓄電池硅銀復(fù)合負(fù)極材料的制備方法。

一種鋰離子電池硅銀復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，該方法的具體步驟如下：

（1）前處理：將硅粉顆粒加入到丙酮溶液中，超聲洗滌20至40分鐘，然后加入濃度為0.1?mol/L~1.0?mol/L的氫氧化鈉溶液或濃度為0.1?mol/L~1.0?mol/L的氫氟酸溶液，磁力攪拌1小時(shí)~2小時(shí)，然后抽濾，洗滌至溶液為中性；

（2）按比例稱取相應(yīng)質(zhì)量的AgNO₃和PVP，其中AgNO₃中Ag的質(zhì)量為硅粉顆粒質(zhì)量的20%~200%，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的質(zhì)量為硅粉顆粒質(zhì)量的20%~100%，共同溶于濃度為0.5?mol/L~2?mol/L的氨水溶液中，磁力攪拌至溶液澄清；

（3）配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%~20%的硼氫化鈉溶液；

（4）將蒸餾水和氨水配置成母液，母液的濃度為0.5?mol/L~2?mol/L，置于反應(yīng)釜中，控制反應(yīng)釜溫度為10?℃~30?℃，在超聲條件下進(jìn)行強(qiáng)力機(jī)械攪拌；

（5）將步驟（2）和步驟（3）中所得到的溶液同時(shí)緩慢滴加到步驟（4）中所得到的母液中，滴加完成后，控制反應(yīng)釜溫度為10?℃~30?℃，繼續(xù)反應(yīng)1小時(shí)~3小時(shí)；

（6）反應(yīng)結(jié)束后，將步驟（5）中所得到的反應(yīng)產(chǎn)物用離心機(jī)離心，取出下層沉淀，加水稀釋，抽濾并洗滌，直至溶液澄清；再將沉淀放入烘箱干燥，得到一種鋰離子電池硅銀復(fù)合負(fù)極材料。

所述硅粉顆粒的粒徑為30?nm~500?nm。

所述步驟（4）中攪拌速度為600?r/min~1000?r/min。

所述步驟（5）中滴加速度為0.1?ml/min~10?ml/min。

所述步驟（6）中離心機(jī)轉(zhuǎn)速為3000?r/min~5000?r/min。

所述步驟（6）中離心時(shí)間為5分鐘~10分鐘。

所述步驟（6）中烘箱溫度為80?℃~120?℃。

所述步驟（6）中干燥時(shí)間為12小時(shí)~16小時(shí)。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明生產(chǎn)工藝簡單，不使用任何復(fù)雜設(shè)備，反應(yīng)都是在常溫常壓下進(jìn)行，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明可以解決Si的電導(dǎo)率低和充放電過程中的粉化問題，本發(fā)明降低硅顆粒粒徑至納米級、并在硅表面均勻附著納米銀顆粒以制成硅銀復(fù)合材料。其中，所制備的硅銀復(fù)合材料能夠利用銀金屬良好的導(dǎo)電性和延展性提高硅的電導(dǎo)率，在充放電過程中緩解和抑制硅的粉化問題，提高Si基負(fù)極材料的性能。

同時(shí)可以通過附著納米銀顆粒提高硅負(fù)極材料的電導(dǎo)率，使得納米硅銀復(fù)合負(fù)極材料實(shí)現(xiàn)大電流充放電；通過細(xì)化顆粒、制備球形材料等方法也可以提高該材料的密度。

附圖說明

圖1為表面附著納米銀顆粒的納米硅顆粒電鏡照片。

圖2為實(shí)施例2所制備的硅銀復(fù)合負(fù)極材料的XRD圖。

圖3為所制備的硅銀復(fù)合負(fù)極材料在鋰離子電池中的循環(huán)性能圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種鋰離子電池硅銀復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1