[發(fā)明專利]鋰電池用層狀結(jié)構(gòu)的SiOx雙功能復(fù)合負(fù)極材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410134552.1
• 申請(qǐng)日: 2014-04-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103855376A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李明齊;谷景維;馮小芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西華師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/48
• 分類號(hào): H01M4/48;H01M4/62
• 代理公司: 成都希盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51226
• 代理人: 柯海軍;武森濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰電池用層狀結(jié)構(gòu)的SiOx雙功能復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，屬于鋰離子電池負(fù)極材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

為解決能源和環(huán)境污染問(wèn)題，開(kāi)發(fā)大容量和高功率的儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)成為能源領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。其中鋰離子電池因具有電壓高，循環(huán)壽命長(zhǎng)和環(huán)保等優(yōu)勢(shì)被看作是理想的儲(chǔ)能電源。然而，目前商用鋰離子電池的能量密度和功率密度都還不能滿足市場(chǎng)發(fā)展對(duì)儲(chǔ)能電源提出的要求。開(kāi)發(fā)高容量的電極材料是發(fā)展新一代鋰離子電池的最重要的環(huán)節(jié)。

在現(xiàn)有高容量負(fù)極材料中，硅氧化物與其他負(fù)極材料相比具有一些明顯的優(yōu)勢(shì)，如硅氧化物的體積變化小于硅，并且在首次循環(huán)過(guò)程中被鋰還原產(chǎn)生的硅在氧化鋰和硅酸鋰介質(zhì)中有較好的分散，氧化鋰和硅酸鋰不僅對(duì)硅體積膨脹有一定抑制作用，而且可以阻止納米硅的團(tuán)聚；再者，硅氧合物的比容量高于除硅外的其他負(fù)極材料，而且嵌脫鋰電勢(shì)也優(yōu)于除硅外的其他高容量負(fù)極材料；因此，硅氧化物被認(rèn)為是一種很有開(kāi)發(fā)潛力的高容量負(fù)極材料。但是，硅氧化物負(fù)極材料存在的主要問(wèn)題是內(nèi)阻大、首次庫(kù)侖效率低和在循環(huán)過(guò)程中的體積變化對(duì)電極結(jié)構(gòu)仍有不同程度的破壞，循環(huán)性能較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述缺陷，提供一種比容量高、循環(huán)性能優(yōu)異的鋰電池用層狀結(jié)構(gòu)的SiOx雙功能復(fù)合負(fù)極材料的制備方法。

本發(fā)明要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供鋰電池用層狀結(jié)構(gòu)的SiOx雙功能復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，該方法以含碳載體和硅氧烷材料為原料，以醇和蒸餾水混合溶液作溶劑，表面活性劑為模板，堿液為催化劑，通過(guò)自組裝和熱處理得到鋰離子電池用復(fù)合材料；其中，含碳載體與硅氧烷材料的重量比為1︰1-20。

上述鋰電池用層狀結(jié)構(gòu)的SiOx雙功能復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：

a、將含碳載體分散在含有表面活性劑的醇/水混合液中；

b、依次加入催化劑和硅氧烷材料，在10-80℃下攪拌1-48h，得到灰色或淺黑色的沉淀；

c、沉淀經(jīng)過(guò)濾、干燥，再于500-1300℃下熱處理0.5-10h，冷卻至室溫即可；

其中，含碳載體與硅氧烷材料的重量比為1︰1-20。

優(yōu)選的，上述鋰電池用層狀結(jié)構(gòu)的SiOx雙功能復(fù)合負(fù)極材料的制備方法中，步驟b之后還包括步驟b1：將沉淀分散在溶解有聚丙烯腈的溶劑中，然后加入去離子水，使PAN沉積于含碳載體表面；其中所述溶劑為N,N二甲基吡咯烷酮（NMP）或四氫呋喃。

所述硅氧烷材料通式為：R¹_nSi（OR²）_4-n，其中R¹、R²為烷基，0≤n≤2。

優(yōu)選的，所述硅氧烷材料通式為：R¹_nSi（OR²）_4-n，其中R¹為-C₂H₅、-C₂H₄、-CH₂C₆H₆，R²為-C₂H₅，0≤n≤2。

更優(yōu)選的，所述硅氧烷材料為(C₂H₅O)₃SiC₂H₅、(C₂H₅O)₄Si、(C₂H₅O)₃SiC₂H₄或（C₂H₅O)₃SiCH₂C₆H₆。

優(yōu)選的，所述b步驟中，在室溫下攪拌8-20h；更優(yōu)合理選攪拌時(shí)間為10-15h；所述c步驟中，于800-1000℃處理2-4h，優(yōu)選為1000℃處理3h；所述含碳載體與硅氧烷材料的重量比為1︰6-10。

所述含碳載體為碳納米管、石墨烯、石墨粉、活性碳、多孔碳、碳纖維、聚苯胺或聚吡咯中的至少一種。

優(yōu)選的，所述含碳載體為碳納米管、石墨烯。

優(yōu)選的，所述碳納米管的管外徑為10-50nm，優(yōu)選為15-30nm，更優(yōu)選為10-20nm。