[發明專利]一種Si基復合負極材料及其鋰電池的制備方法

在審

• 申請號: 201510896670.0
• 申請日: 2015-12-08
• 公開（公告）號: CN105406134A
• 公開（公告）日: 2016-03-16
• 發明（設計）人: 張均營;李傳波;鄭軍;左玉華;薛春來;成步文
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M4/134;H01M4/1395
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明提出了一種簡單的Cu_xO包覆的納米Si復合負極材料及其鋰電池的制備方法，通過簡單的水解反應，在納米Si顆粒表面形成均勻的Cu_xO包覆層，并通過與粘結劑導電劑混合，制備鋰離子電池復合負極材料。特別說明了Cu_xO包覆的納米Si復合負極材料的制備方法。

背景技術

隨著信息產業和新能源汽車等的快速發展，對高比能量、高比功率、長壽命、低成本的需求已經越來越迫切。鋰離子電池由于其眾多的優點，成為二次能源領域備受關注的主角。材料技術的發展是鋰離子電池性能進一步提升的重中之重。Si基材料作為鋰離子電池負極材料，與鋰可形成Li₂₂Si₅合金，具有高容量(最高達到4200mAhg^-1)是現在普遍應用的石墨材料的十倍之多。并且其具有較低的脫嵌鋰電位(約0.1-0.3VvsLi/Li⁺)，與電解液的反應活性低，并且成本較低，可以提供很長的放電平臺等優點(JournalofPowerSources，163，1003，2007.)。但是，由于充電過程中Si材料會發生巨大的體積膨脹(～300％)，這將導致電極材料間及電極材料與集流體的分離，進而失去電接觸，從而造成容量迅速衰減，循環性能迅速惡化(JournalofTheElectrochemicalSociety，154，A444，2007.)。人們已經使用各種方法來解決Si材料在充放電過程中的體積變化問題，如采取納米級材料(PhysicaStatusSolid-RapidResearchLetters，4，4，2010.)以緩解尺寸效應，或者用復合結構來保護Si材料(JournalofPhysicalChemol/ListryC，111，11131，2007andElectrochimicaActa，71，201，2012.)等。由于納米尺寸的Si顆粒具有較高的表面活性，因此顆粒間易發生團聚，而本身對于體積效應只是起到一定的緩解作用，并不能從實質上解決(ChineseScienceBulletin，57，4104，2012.)。

發明內容

本發明目的在于提供一種用Cu_xO包覆的納米Si復合負極材料及其鋰電池的制備方法。該方法制備工藝簡單，成本低，易于實現，電池循環性能良好。

根據本發明一方面，其提供了一種基于Cu_xO包覆的納米Si基復合負極材料的鋰電池制備方法，包括如下步驟：

步驟1：配制弱酸和相對應的弱酸鹽的混合水解溶液，加入銅源并超聲溶解；

步驟2：加入預處理的納米Si顆粒，水浴加熱條件下反應一段時間，并離心清洗，干燥得到Si基復合負極材料；

步驟3：按照一定比例將Si基復合負極材料與粘結劑和導電劑均勻混合得到漿料；

步驟4：將制得的漿料以一定厚度涂覆在集流體上，一定溫度下干燥一定時間，制成電極片，并進行鋰電池組裝。

根據本發明另一方面，其提供了一種Cu_xO包覆的納米Si基復合負極材料的制備方法，所述Si基復合負極材料用于制備鋰電池，所述方法包括：

步驟1：配制弱酸和相對應的弱酸鹽的混合水解溶液，加入銅源并超聲溶解；

步驟2：加入預處理的納米Si顆粒，水浴加熱條件下反應一段時間，并離心清洗，干燥得到Si基復合負極材料。

本發明提出用HF預處理納米Si顆粒，并在酸性條件下進行水解反應，形成納米尺寸的Cu_xO包覆的納米Si顆粒并用作鋰離子電池負極材料的復合材料制備方法。本發明提出的上述制備方法，通過簡單的預處理和水解反應將具有良好的導電性和彈性的Cu_xO均勻包覆在納米Si顆粒表面，從而進一步緩解材料循環過程中的體積膨脹、提高納米Si顆粒間的導電性并防止Si顆粒與電解液間副反應的發生。

附圖說明

為了說明本發明的具體技術內容，以下結合圖示詳細說明，其中：

圖1是Cu_xO包覆的納米Si復合負極及其鋰電池的制備方法流程圖；

圖2是未處理的Si、HF處理的Si和Cu_xO包覆的Si復合材料的TEM圖以及對應的EDS；

圖3是Cu_xO包覆的納米Si復合電極和未處理的Si電極組裝電池后的充放電循環特性對比圖。

具體實施方式