[發明專利]一種Si/CNTs負極復合材料及制備方法

在審

• 申請號: 201610893790.X
• 申請日: 2016-10-13
• 公開（公告）號: CN107946549A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 薛永;謝志懋
• 申請（專利權）人: 佛山市欣源電子股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及電池材料制備領域，尤其涉入鋰離子電池的負極材料領域。

背景技術

鋰離子電池因其工作電壓高、能量密度大、循環壽命長、無記憶效應和無污染等優點，被廣泛應用于筆記本電腦、移動電話和其它便攜式電器，并逐步向電動汽車、衛星以及大型儲能電池等大功率系統領域拓展。在鋰離子電池體系里，負極材料對電池的整體性能起著至關重要的作用，開發具有高能量密度和高功率密度的鋰離子負極材料，并對其實際應用，尤其在混合動力汽車領域的應用，具有十分重要的意義。

目前已產業化的鋰離子電池負極材料主要是石墨，但其理論容量僅為372 mA h g^-1，且首次的循環效率低。碳納米管的比表面積大，導電性能好，但其首次不可逆容量大，且存在電位滯后現象。硅作為鋰電池負極材料，具有很高的理論比容量(4200 mAhg^-1)。然而，硅在充放電過程中體積變化非常大(大約400%)，導致其循環穩定性差；并且硅的導電性也不好。

發明內容

本發明一種Si/CNTs負極復合材料及制備方法，具有良好的結構穩定性和導電性，從而提高其作為鋰離子電池負極材料的功率密度和循環穩定性。

為達到上述目的，本發明采用硅粉、氯化鈷、六水合氯化鎳和適量的溶劑在高溫的環境得到配制成得到 Si/CNTs 復合材料，其中所采用硅粉的質量與氯化鈷、氯化鎳的兩者質量總和之比為2:3，氯化鈷與氯化鎳的重量比為1:0.5-2；

所述的溶劑按容量比例采用20～28份濃度為10mol/L的氫氟酸、5~8份濃度為5%的氨水、2~3份無水乙醇、6~12份N-甲基吡咯烷酮、12~23份濃度為1%雙氧水；

本發明的Si/CNTs 復合材料呈海膽狀，內部為納米硅，外部的棘為CNTs，CNTs和Si之間連結強度高，從而提高該復合材料的結構穩定性。同時，CNTs具有良好的導電性，可以在充放電過程中緩沖 Si 的體積效應，從而提高 Si 負極的循環性能，采用硅-碳納米管復合材料（Si/CNTs）作為鋰離子電池負極，可表現穩定的電化學性能，因此本發明中的鋰離子負極的倍率性能不再像以往的以硅單質為負極材料的鋰離子電池一樣，受限制于充放電過程中因體積變化導致的活性物質粉化失效問題，該鋰離子電池的倍率性能很好，可逆性高，因此能夠輸出很高的功率密度。同時該鋰離子電池還表現出了較高的能量密度以及優良的循環穩定性，因此具有良好的實際應用前景。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明做進一步詳細說明。

實施例一

步驟①將硅粉過200目篩和氯化鈷、氯化鎳分散在適量的溶劑中，其中所采用硅粉的質量與氯化鈷、氯化鎳的兩者質量總和之比為2:3，氯化鈷與氯化鎳的重量比為1:1，經 30 min 超聲處理，攪拌4 h，使其分散均勻，再在80℃攪拌干燥，使氯化鈷和氯化鎳沉積在硅顆粒的表面，得到氯化鈷和氯化鎳負載的硅；

步驟②將氯化鈷和氯化鎳負載的硅置于管式高溫爐中，先通入純氬氣30 min，流量為200 ml/min，除去石英爐管內的空氣，再通入氫氣與氬氣的混合氣體，氬氣：氫氣的體積比為 2:1，總流量為150ml/min，升溫至 550℃，保溫 1 h；然后將爐溫升到750℃，由氫氣與氬氣的混合氣體載入乙炔，氬氣：乙炔：氫氣的體積比為 5:2.5:10，保溫 25 min，進行化學氣相沉積生長碳納米管。然后關閉乙炔和氫氣，使樣品在氬氣保護下自然冷卻至室溫，得到 Si/CNTs 復合材料；

步驟③采用83份Si/CNTs 復合材料與7份導電炭黑添加劑、10份聚偏氟乙烯粘結劑混合均勻，加入適量的有機溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)得到負極漿料，將負極漿料涂覆于銅箔上,經干燥、軋膜及沖片處理后,得到鋰離子電池負極片；

步驟④以鋰片為正極片，步驟③得到鋰離子電池負極片，采用有機電解液，在手套箱中組裝成鋰離子電池A1。

實施例二

步驟①將硅粉過200目篩和氯化鈷、氯化鎳分散在適量的溶劑中，其中所采用硅粉的質量與氯化鈷、氯化鎳的兩者質量總和之比為2:3，氯化鈷與氯化鎳的重量比為1:0.5，經 30 min 超聲處理，攪拌4 h，使其分散均勻，再在80℃攪拌干燥，使氯化鈷和氯化鎳沉積在硅顆粒的表面，得到氯化鈷和氯化鎳負載的硅；