[發明專利]硅基合金負極材料

有效

• 申請號: 201310568861.5
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN103647062A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 王維利;范未峰
• 申請（專利權）人: 成都興能新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62;H01M4/134
• 代理公司: 成都華典專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐;楊保剛

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技術領域

?????本發明屬于化學電池領域，尤其涉及一種硅基合金負極材料。

背景技術

????目前商業化的負極材料主要是石墨，其實際容量已接近理論值（372?mAh/g），不能滿足高性能高容量鋰離子電池，特別是高能量密度薄膜鋰離子微電池的要求。另一方面，石墨類碳材料的嵌鋰電位主要集中在100-0?mV?(vs.?Li/Li+)?范圍內，非常接近金屬鋰的沉積電勢，不利于電池的安全性。因此，制備比容量高、安全性能可靠的新型鋰離子電池負極材料已成為科學研究和產業開發的重要方向。

硅是迄今為止理論容量最高（理論比容量為4212?mAh/g）的負極材料，因而也受到了廣泛的研究。但硅的最大的問題是其在充放電過程中，伴隨著巨大的體積變化，其體積膨脹率高達270%，硅的粉化使活性材料剝落，最終導致電極的容量大幅度下降甚至完全失效。為了使硅材料具有高容量的同時，還具有較好的循環性能，人們主要通過制備硅基復合材料、制備非晶硅材料和制備硅基合金三種方法來提高循環性能。

????硅基合金的研究主要集中在Si-M?二元合金體系，其中M?可以是惰性的金屬，如Co，

Fe，Mn，Ni，V?及Zr?等在整個充放電過程中不具有嵌鋰/?脫鋰活性，純粹起支撐結構作用；也可以是能夠參與鋰的脫嵌反應的金屬，如Sn、Ag，Ca，Mg?等，本身具有嵌鋰/?脫鋰活性，但與硅的電位不同，因此它們的復合將使材料的體積膨脹發生在不同電位下，緩解由此產生的內應力，從而提高材料的循環穩定性。與純硅相比，硅合金用作負極材料在一定程度上減弱了電極材料的體積效應，提高了循環性能。目前常用的硅合金材料有Fe-Si?合金，由于Fe、

Ni?等都是惰性元素，雖然提高了循環性能，但大大降低了負極材料比容量，因而無法滿足實

用化的需要。

????因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

????一種硅基合金負極材料，其特征在于包括以下摩爾比的組份：

Li：Si：Mg=22：4：（0.1~1）。

????優選地，所述的硅基合金負極材料，包括以下摩爾比的組份：

Li：Si：Mg=22：4：1。

本發明的有益效果如下：

1.?本發明提供的負極材料，采用Si為主要原料，硅的儲量豐富，且對環境友好，是一種很有前景的鋰離子電池負極材料。

2.?本發明提供的負極材料Li+/Li?的電位平均為0.25V，與正極配對可以保證電池的高電壓；本發明提供的負極材料含有Li和Si，其容量可達到4000mAhg-1，遠遠高于石墨負極；本發明提供的負極材料中含有非活性金屬——Mg，可以為電極提供導電網絡，從而提高硅與鋰的電荷傳遞反應，以增強硅電極的電化學性能。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。

實施例1

?????一種硅基合金負極材料，通過以下步驟制得：取高純鋰粉、硅粉和鎂粉，按22：4：1的摩爾比混合均勻放入真空球磨罐，同時加入球磨控制劑無水乙醇，充入氮氣作為保護氣體，高能球磨15h，然后放入真空干燥箱中加熱（溫度控制在100-150℃）除去無水乙醇，得到所述的硅基合金負極材料。

Li：Si：Mg=22：4：（0.1~1）

實施例2

?????一種硅基合金負極材料，通過以下步驟制得：取高純鋰粉、硅粉和鎂粉，按22：4：0.5的摩爾比混合均勻放入真空球磨罐，同時加入球磨控制劑無水乙醇，充入氮氣作為保護氣體，高能球磨10h，然后放入真空干燥箱中加熱（溫度控制在100-125℃）除去無水乙醇，得到所述的硅基合金負極材料。

實施例3

?????一種硅基合金負極材料，通過以下步驟制得：取高純鋰粉、硅粉和鎂粉，按22：4：0.8的摩爾比混合均勻放入真空球磨罐，同時加入球磨控制劑無水乙醇，充入氮氣作為保護氣體，高能球磨12h，然后放入真空干燥箱中加熱（溫度控制在125-150℃）除去無水乙醇，得到所述的硅基合金負極材料。