[發明專利]硅基鋰離子電池負極材料的簡單制備方法

在審

• 申請號: 201410563039.4
• 申請日: 2014-10-21
• 公開（公告）號: CN104319373A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 張春倩;李傳波;楊帆;張大林;薛春來;成步文;王啟明
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01M4/1395
• 分類號: H01M4/1395
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明提出了一種簡單的以硅基粉末為活性物質的鋰離子電池負極的設計思想和制備方法。特別涉及了以硅基粉末作為鋰離子電池負極活性物質，以聚合物燒結后得到的碳纖維作為導電物質和粘結網絡，制備電極的簡單方法。

背景技術

由于信息產業，通信行業，移動設備，電子器件，電動交通設備的快速發展，開發低功耗，大容量的移動電源已經非常迫切。鋰離子電池則作為不可或缺的角色引起人們的研究熱情。硅材料作為鋰離子電池負極材料，其理論容量可以達到4200mAhg-1(Journal?of?The?Electrochemical?Society，151，A838.)，僅次于鋰金屬，是現在普遍應用的石墨材料的十倍之多。硅材料還可以提供很長的放電平臺，保證穩定的輸出電壓。地殼中很高的豐度也使硅材料具有更多的競爭力。但是，由于充電過程中硅材料會發生巨大的體積膨脹(～400％)(Nature?nanotechnology，3，31，2007.)，這將導致材料在充放電過程中迅速粉化，從而造成容量衰減，最終電極失效。人們已經使用各種方法來解決硅材料在充放電過程中的問題，如采取納米級材料(Nature?nanotechnology，3，31，2007；ChemSusChem，6，2144，2013.)或多孔結構(Journal?of?power?sources，139，314，2005.)以緩解尺寸效應，用復合結構來保護硅材料(Journal?of?Materials?Chemistry，17，1321，2007.)等。但是對于納米結構的材料，制備復雜以及成本過高阻礙了其商用化，而符合材料匹配以及均勻性也有待提高。中國專利CN103762367提供了一種采用海藻酸鈉作為粘結劑的硅基鋰離子電池負極的制備方法。這種方法雖然可以利用粘結劑保護硅材料，但是制備工藝復雜，并且海藻酸鈉粘結劑的絕緣性會降低電極電導率，阻礙電子傳輸。中國專利CN102623682A提供了一種鋰離子電池負極硅基碳復合材料的制備方法。這種方法以硅粉為主料，以石墨粉或絮狀碳黑為輔料，混合后進行高能球磨，得到粒度小于20μm的粉末即為鋰離子電池負極硅碳復合材料。這種方法可以改善電極材料的導電性能，但是硅粉和碳粉只是簡單的混合在一起，不能減小電子在顆粒間的跳躍過程中的電阻；并且在進一步組裝電池的過程中還要引入絕緣的粘結劑。而本專利的制備方法，操作簡單，成本低，聚合物燒結后既是導電材料，又可以將硅基粉末粘結在一起，勢必會大大促進其在鋰離子電池中的應用。

發明內容

本發明目的在于提供一種用硅基粉末作為活性材料的鋰離子電池負極的制備方法。該方法制備工藝簡單，成本低，易于實現。

本發明提供一種鋰離子電池負極的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：將硅基粉末分散于有機溶劑中，得到硅基粉末的分散液；

步驟2：將聚丙烯腈或瀝青聚合物與有機溶劑混合，并在一預定溫度下攪拌直到溶解，得到有機溶劑混合物；

步驟3：將硅基粉末的分散液和有機溶劑混合物混合，獲得漿料；

步驟4：將漿料以一預定厚度涂布在一集流體上；

步驟5：烘干；

步驟6：將烘干的涂布有漿料的集流體在一預定溫度下燒結，形成鋰離子電池負極，完成制備。

本發明的有益效果是，具有制備工藝簡單，成本低，易于實現的優點。

附圖說明

為了說明本發明的具體技術內容，以下結合具體實例及圖示詳細說明如后，其中：

圖1是本發明的方法流程圖；

圖2是硅基粉末與聚合物的混合物燒結前后的示意圖；

圖3是硅基粉末與聚合物的混合物燒結后的SEM圖；

圖4是燒結后電極片組裝電池的充放電循環特性。

具體實施方式

請參閱圖1所示，本發明提供一種鋰離子電池負極的制備方法，該方法具有制備工藝簡單，成本低，易于實現的優點。包括如下步驟：