[發明專利]鋰離子電池硅導電納米紙電極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201210471923.6
• 申請日: 2012-11-20
• 公開（公告）號: CN102978992A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 崔立峰;趙勇;王輝;楊克濤
• 申請（專利權）人: 江蘇科捷鋰電池有限公司
• 主分類號: D21H11/00
• 分類號: D21H11/00;D21H17/14;D21H17/00;H01M4/1395;H01M4/36
• 代理公司: 鎮江京科專利商標代理有限公司 32107
• 代理人: 夏哲華

技術領域

本發明涉及鋰離子電池電極材料的制備，具體是一種鋰離子電池硅導電納米紙電極材料的制備方法。?

背景技術

硅合金陽極材料因為其含量豐富、成本低和高儲能能力（4200mAh/g）而備受關注，然而，鋰從硅結構中嵌入和脫嵌時會伴隨一個巨大的體積變化（最高達到400%），這會在硅顆粒表面產生強烈應力，導致硅顆粒破碎進而容量快速衰減。為了克服這個問題，一些方法已被建議，包括制備納米材料復合，活性/惰性復合材料和硅基碳復合材料。最近纖維素-石墨納米復合材料已被證明可以作為一個鋰離子電池靈活的電極。然而，使用石墨電極會限制整體電性能的發揮。在這種結構上使用硅基復合材料進行改性，將在很大程度上提高鋰離子電池的電化學性能。另一方面，電子和離子的快速運輸是影響儲能裝置高倍率性能的重要因素。導電凝膠碳納米管（碳納米管）已被證明具有開放的通道和可調節的結構并且顯示出良好力學性能，這種結構為離子的快速運輸提供了一個優秀的平臺。然而，這些結構尚未被應用于鋰離子電池的探索。?

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠提高電池容量、制備工藝簡單、成本低的鋰離子電池硅導電納米紙電極材料的制備方法。?

本發明的鋰離子電池硅導電納米紙電極材料的制備方法包括以下步驟：?

a.基體材料的制備：首先，將纖維素溶解在去離子水中，同時使用乙醇作為交?換溶劑；其次是實現羧甲基化步驟：浸漬于2wt%的氯乙酸的異丙醇溶液，過濾并且使用去離子水進行沖洗；接著進行羧基的轉換，使用4wt%碳酸氫鈉浸漬；得到的纖維再使用去離子水沖洗，去除多余的鹽，然后通過高壓均質機進行均勻化處理，獲得基體材料泥漿；?

b.碳納米管氣凝膠制備:使用pg90玻璃纖維過濾器，將基體材料泥漿在室溫下通過一層0.1毫米的混合纖維素酯膜；然后轉移到鋁模中，浸漬在液態氮中快速凝固；在冷凍干燥機中，在-50度和50mbar氣壓下保存24小時以確保結構不會坍塌；最后，在140℃下使用真空爐熱處理30分鐘獲得氣凝膠；?

c.在紙漿的基礎上制造普通紙:將針葉木漿浸泡在混合器中3－4小時，紙漿脫水得到紙坯，在93℃下施加70mbar模具壓力10－15min，得到2達克/米的紙；?

d.制備碳納米管涂層的紙張：將碳納米管氣凝膠和十二烷基苯磺酸鈉溶解在去離子水中，制成涂料；涂料中碳納米管濃度1毫克/毫升，十二烷基苯磺酸鈉濃度1wt%；然后，將涂料涂覆在步驟c獲得的紙表面，在真空烘箱中100℃下處理10min，待涂層干燥后得到硅導電納米紙電極材料。?

本發明制備工藝簡單、成本低，可顯著提高材料的容量。?

具體實施方式

本發明方法的實施例包括以下步驟：?

a.基體材料的制備：首先，將纖維素溶解在去離子水中，同時使用乙醇作為交換溶劑；其次是實現羧甲基化步驟：浸漬于2wt%的氯乙酸的異丙醇溶液，過濾并且使用去離子水進行沖洗；接著進行羧基的轉換，使用4wt%碳酸氫鈉浸漬；得到的纖維再使用去離子水沖洗，去除多余的鹽，然后通過高壓均質機進行均勻化處理，獲得基體材料泥漿；?

b.碳納米管氣凝膠制備:使用pg90玻璃纖維過濾器，將基體材料泥漿在室溫下通過一層0.1毫米的混合纖維素酯膜；然后轉移到鋁模中，浸漬在液態氮中快速凝固；在冷凍干燥機中，在-50度和50mbar氣壓下保存24小時以確保結構不會坍塌；最后，在140℃下使用真空爐熱處理30分鐘獲得氣凝膠；?

c.在紙漿的基礎上制造普通紙:將針葉木漿浸泡在混合器中3－4小時，紙漿脫水得到紙坯，在93℃下施加70mbar模具壓力10－15min，得到2達克/米的紙；?

d.制備碳納米管涂層的紙張：將碳納米管氣凝膠和十二烷基苯磺酸鈉溶解在去離子水中，制成涂料；涂料中碳納米管濃度1毫克/毫升，十二烷基苯磺酸鈉濃度1wt%；然后，將涂料涂覆在步驟c獲得的紙表面，在真空烘箱中100℃下處理10min，待涂層干燥后得到硅導電納米紙電極材料。?

本發明實施例獲得的硅導電納米紙電極材料，其性能檢測結果如下：?

1、電鏡下顯示其具有良好的多孔結構，有利于離子的嵌入和脫嵌；?

2、首次放電為5000毫安/克，超越理論值（4200毫安時/克）；?

3、經過100周充放電后，放電效率仍保持83%，放電容量高于2100毫安時/克，相當于石墨理論容量的三倍；?

4、即使在2C倍率下高速充放電（30分鐘充電/放電），容量仍保持1000毫安時/克，兩倍于石墨的理論容量。