[發明專利]一種用于鋰離子電池的多孔硅鍍銅電極及其制備方法

在審

• 申請號: 201710099318.3
• 申請日: 2017-02-23
• 公開（公告）號: CN106784613A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 袁偉;潘保有;邱志強;羅健;黃詩敏;閆志國;譚振豪;湯勇
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/139;H01M4/66;H01M4/75;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及一種用于鋰離子電池的多孔硅鍍銅電極及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池屬于綠色高能可充電化學電源，具有電壓高、能量密度大、循環性能好、自放電小、無記憶效應等突出優點，在運載工具、便攜式電子設備、通信用后備電源、空間技術、國防工業等領域得到了廣泛應用。目前，在商業化的鋰離子電池體系中，一般采用石墨類碳作為負極材料，但是石墨的理論容量僅有372mAh/g，且倍率性能不佳，開發新型的高容量負極材料成為研究熱點。硅的理論比容量高達4200 mAh/g，比石墨類負極材料的比容量高一個數量級，并且其嵌/脫鋰電位適中，與電解液反應活性低，在地殼中儲量豐富，價格低廉，是新一代鋰離子電池負極材料的理想選擇。但是，硅與鋰的合金化反應過程中，硅材料會產生劇烈的體積膨脹(>400%)，容易導致活性材料在循環過程中發生急劇粉化以致從銅集流體脫落，硅與銅電接觸減弱，使得電池循環壽命急速衰減。同時，由于硅材料的體積膨脹效應，使得硅材料在電解液中無法產生牢固的表面固體電解質膜，電極結構被破壞，新暴露出的硅表面會不斷形成新的電子絕緣（SEI）膜，導致充放電效率降低，加速容量衰減。

發明內容

為有效緩沖體積膨脹，提高硅與集流體的結合力，減少硅顆粒的破裂脫落，增強鋰電池的初始效率、循環穩定性和倍率性能，本發明提供了一種用于鋰離子電池的多孔硅鍍銅電極。

本發明還提供所述一種用于鋰離子電池的多孔硅鍍銅電極的制備方法。

本發明通過如下技術方案實現。

一種用于鋰離子電池的多孔硅鍍銅電極，所述多孔硅鍍銅電極為圓柱形；所述多孔硅鍍銅電極由鍍銅多孔硅顆粒構成；所述鍍銅硅顆粒由外殼和內芯構成；所述外殼由銅顆粒構成，銅顆粒之間為多孔納米結構；所述內芯為多孔硅。

所述的一種用于鋰離子電池的多孔硅鍍銅電極的制備方法，包括如下步驟：

（1）多晶硅粉的預處理：將多晶硅粉浸泡在HCl溶液中，去除雜質，再用標準篩過濾，清洗干凈，備用；

（2）沉積納米Ag顆粒：將清洗干凈的多晶硅粉浸泡于AgNO₃和HF的混合溶液中，在多晶硅粉表面沉積形成納米Ag顆粒，標準篩過濾，清洗干凈；

（3）多孔硅的呈現：將表面沉積了納米Ag顆粒的多晶硅粉浸泡于HF和H₂O₂的混合腐蝕液中，以Ag作為催化劑，加快Ag顆粒附近硅的反應，在多晶硅粉顆粒表面反應形成錐形孔，標準篩過濾，清洗干凈，得到多孔硅；

（4）外殼的制備：將得到的多孔硅浸泡于含銅離子的鍍液中，磁力攪拌至溶液無氣泡產生，標準篩過濾，清洗干凈，真空烘干，得到鍍銅多孔硅；以Ag作為催化劑，使銅離子在Ag的周圍還原聚集；

（5）電極的形成：將得到的鍍銅多孔硅均勻鋪在模具中，保護氣氛下燒結，得到所述用于鋰離子電池的多孔硅鍍銅電極。

進一步地，步驟（1）中，所述多晶硅粉的粒徑為350~450目。

進一步地，步驟（1）中，所述HCl溶液的質量濃度為9~11%。

進一步地，步驟（1）中，所述浸泡的時間為25~35min。

進一步地，步驟（2）中，所述AgNO₃和HF的混合溶液中，AgNO₃的濃度為0.01~0.03mol/L，HF的濃度為1~3wt%。

進一步地，步驟（2）中，所述沉積的時間為1~3min。

進一步地，步驟（3）中，所述HF和H₂O₂的混合腐蝕液中， HF的濃度為2.5~3mol/L，H₂O₂的濃度為0.5~1.5wt%。

進一步地，步驟（3）中，所述反應的溫度為20~30℃，反應的時間為1.5~2.5h。