[發(fā)明專利]一種金屬修飾多孔硅粉的制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610029266.8
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN105680008A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 岳之浩;周浪;湯昊;黃海賓
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南昌新天下專利商標(biāo)代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬多孔功能材料領(lǐng)域，特別涉及一種金屬修飾多孔硅粉的制備方法和應(yīng) 用。

背景技術(shù)

硅作為鋰離子電池負(fù)極材料的理論容量可達(dá)4200mAh/g左右，同時具有低的放電 電位（<0.5V，Li/Li⁺），因此成為研究熱點，但嚴(yán)重的體積效應(yīng)導(dǎo)致其循環(huán)穩(wěn)定性能并不理 想。多孔硅結(jié)構(gòu)是該問題的有效解決手段，孔中空隙可以作為體積變化的緩沖空間從而減 緩嵌/脫鋰過程中硅的結(jié)構(gòu)破壞。多孔硅粉的制備方法有很多，例如水熱法（專利號：CN 1212989A）、鎂熱還原法(專利號：CN102237519A)、金屬輔助化學(xué)腐蝕法（申請公布號：CN 104466117A），其中金屬輔助化學(xué)腐蝕法以成本低廉、操作簡單、孔洞尺寸可控等優(yōu)勢成為 最有可能產(chǎn)業(yè)化的方法。但是，在現(xiàn)有的金屬輔助化學(xué)腐蝕法制備多孔硅粉的過程中，均需 將腐蝕結(jié)束后留下的金屬顆粒去除，這既增加了工藝復(fù)雜性，又提高了廢液中金屬離子的 處理難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種金屬修飾多孔硅粉的制備方法 和應(yīng)用，該方法工藝簡單且可低成本、大規(guī)模生產(chǎn)，用作鋰離子電池負(fù)極材料時可顯著提高 鋰離子電池的性能。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。

一種金屬修飾多孔硅粉的制備方法，其特征是包括如下步驟。

（1）采用5-40wt.%的HF溶液對硅粉原料進(jìn)行清洗。

（2）采用一步或兩步金屬輔助化學(xué)腐蝕法對清洗后的硅粉原料進(jìn)行刻蝕以獲得多 孔硅結(jié)構(gòu)，輔助金屬顆粒不需去除，作為修飾金屬保留。

（3）采用去離子水對腐蝕后的多孔硅粉進(jìn)行清洗并烘干處理即可。

本發(fā)明步驟（2）中所述一步金屬輔助化學(xué)腐蝕法是指硅粉上沉積金屬顆粒和硅粉 的刻蝕是在同一個容器中同時進(jìn)行的，所用溶液為HF、氧化劑和金屬鹽的混合溶液，其中金 屬鹽為AgNO₃或Cu(NO₃)₂，其濃度為0.01-10M，HF濃度為0.1-10M，氧化劑為H₂O₂或HNO₃，其濃 度為0.1-10M，反應(yīng)溫度為0-90℃,反應(yīng)時間為1-120min。

本發(fā)明步驟（2）中所述兩步金屬輔助化學(xué)腐蝕法是指在硅粉上沉積輔助金屬顆粒 和硅粉的刻蝕步驟是分別進(jìn)行的，首先在HF和金屬鹽的混合溶液采用無電沉積法在硅粉上 沉積金屬納米顆粒，其中金屬鹽為AgNO₃或Cu(NO₃)₂，其濃度為0.01-10M，HF濃度為0.1-10M， 反應(yīng)時間為1-60min，然后將沉積有金屬顆粒的硅粉置于HF和氧化劑的混合溶液中進(jìn)行刻 蝕，其中氧化劑為H₂O₂或HNO₃，其濃度為0.1-10M，HF濃度為0.1-40M，反應(yīng)溫度為0-90℃,反 應(yīng)時間為1-120min。

本發(fā)明步驟（1）中所述硅粉原料為微米硅粉。

本發(fā)明所述的金屬修飾多孔硅粉在制備負(fù)極片中的應(yīng)用，其特征是將上述制備的 多孔硅粉、石墨、導(dǎo)電炭黑和羧甲基纖維素鈉按質(zhì)量比為0.5:8.5:0.5:0.5通過球磨混合制 成漿料，經(jīng)過涂覆、烘干、壓片、切片、稱量制成負(fù)極片，并制成扣式電池進(jìn)行測試。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有金屬輔助化學(xué)腐蝕法制備多孔硅粉的技術(shù)具有以下優(yōu)點：（1） 本發(fā)明簡化了多孔硅粉制備工藝，省去了去除多孔硅中金屬顆粒步驟；（2）避免了廢液中金 屬離子的處理問題；（3）采用一步或兩步金屬輔助化學(xué)腐蝕法制備多孔硅粉且保留腐蝕后 剩余的輔助金屬顆粒，保留的金屬顆?？梢栽黾庸璧膶?dǎo)電性，從而提高鋰離子電池的性能。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實施例一。

本實施例所述金屬修飾多孔硅粉的制備方法，具體包括以下步驟。

（1）采用5wt.%的HF溶液對硅粉進(jìn)行攪拌清洗20min，然后用去離子水沖并烘干備 用。