[發(fā)明專利]一種以導(dǎo)電金屬納米顆粒為載體低溫合成硅負(fù)極材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710222528.7
• 申請(qǐng)日: 2017-04-06
• 公開（公告）號(hào): CN107195896B
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李婷;駱海立;范美強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)計(jì)量大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/38
• 分類號(hào): H01M4/38;H01M4/36;H01M4/60;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及一種以導(dǎo)電金屬納米顆粒為載體低溫合成硅負(fù)極材料的制備方法，其特征在于：以導(dǎo)電金屬納米顆粒為載體，有機(jī)硅水解沉積二氧化硅，再與金屬、低熔點(diǎn)鹽混合、熱還原，包覆聚合物，洗滌烘干，獲得硅負(fù)極材料；導(dǎo)電金屬納米顆粒為納米銅、納米銀、納米鐵、納米鉍、納米錫、納米鎳、納米鈷、納米銦、納米鈦的一種或多種；還原金屬為鋰、鉀、鈣、銣、鈉、鍶、鋇、鑭以及上述金屬的合金中的一種或多種；低熔點(diǎn)鹽為鎵、鍺、錫、鋁、鎂的氯鹽、溴鹽和氟鹽中的一種或多種；聚合物為聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及上述聚合物的衍生物中的一種或多種；硅與導(dǎo)電金屬的摩爾比(1～5)∶1；硅：還原金屬：低熔點(diǎn)鹽的摩爾比為1∶(2～5)∶(1～20)；硅與聚合物前驅(qū)體的摩爾比為(5～30)∶1。該負(fù)極材料具有很好的電化學(xué)性能，在鋰離子電池領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池材料領(lǐng)域，具體涉及一種以導(dǎo)電金屬納米顆粒為載體低溫合成硅負(fù)極材料的制備方法。

背景技術(shù)

單質(zhì)硅具有儲(chǔ)鋰能量密度高(理論容量高達(dá)3580mA h/g)，儲(chǔ)量豐富等優(yōu)點(diǎn)，是非常有應(yīng)用前景的鋰離子電池負(fù)極材料。但硅存在單質(zhì)導(dǎo)電性差、脫嵌鋰過(guò)程中體積變化大等缺陷，導(dǎo)致硅因電化學(xué)性能差而無(wú)法廣泛應(yīng)用。目前，科研人員采用納米材料、多孔結(jié)構(gòu)和引入高電導(dǎo)率的碳等方法緩解硅在充放電過(guò)程中的緩解體積變化、增加硅材料的導(dǎo)電性，從而提高硅材料的循環(huán)性能。但納米化和多孔結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了材料體積比能量密度降低，且其制備方法普遍復(fù)雜，成本高，限制了其商業(yè)化應(yīng)用。

SiOx材料是一種性能較好的硅負(fù)極材料，也是目前應(yīng)用最廣泛的一種硅材料。理論研究發(fā)現(xiàn)，Li嵌入到SiOx中，會(huì)形成多種化合物，這些鋰硅化合物成為Si負(fù)極體積膨脹的緩沖帶，抑制硅負(fù)極的體積膨脹，從而提高了SiOx材料的循環(huán)性能。專利1(CN105789577A，一種鋰離子電池用硅負(fù)極材料的制備方法及該硅負(fù)極材料)以氧化亞硅為原料、羥基化、混合石墨、高溫煅燒獲得硅負(fù)極材料，有效提高了硅負(fù)極材料的電化學(xué)性能。專利2(CN105406050A，一種符合硅負(fù)極材料、制備方法和用途)以納米硅為原料，通過(guò)高溫包覆硅氧化物和金屬?gòu)?fù)合層、再高溫包覆導(dǎo)電碳層；該硅負(fù)極材料容量高于1500mAh/g，300次循環(huán)后容量保持在90％以上。

顯然，提高SiOx的電化學(xué)容量和循環(huán)性能是實(shí)現(xiàn)SiOx電極材料商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵，目前的研究也取得喜人的成果。但高溫煅燒能耗大、且產(chǎn)生大量廢氣污染環(huán)境，無(wú)形中增加了SiOx電極材料的制備成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種以導(dǎo)電金屬納米顆粒為載體低溫合成硅負(fù)極材料的制備方法，克服現(xiàn)有制備技術(shù)的缺陷，提高硅負(fù)極材料的電化學(xué)性能。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種以導(dǎo)電金屬納米顆粒為載體低溫合成硅負(fù)極材料的制備方法，其特征在于：以導(dǎo)電金屬納米顆粒為載體，有機(jī)硅水解沉積二氧化硅，再與金屬、低熔點(diǎn)鹽混合、熱還原，包覆聚合物，洗滌烘干，獲得硅負(fù)極材料；導(dǎo)電金屬納米顆粒為納米銅、納米銀、納米鐵、納米鉍、納米錫、納米鎳、納米鈷、納米銦、納米鈦的一種或多種；還原金屬為鋰、鉀、鈣、銣、鈉、鍶、鋇、鑭以及上述金屬的合金中的一種或多種；低熔點(diǎn)鹽為鎵、鍺、錫、鋁、鎂的氯鹽、溴鹽和氟鹽中的一種或多種；聚合物為聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及上述聚合物的衍生物中的一種或多種；硅與導(dǎo)電金屬的摩爾比(1～5)∶1；硅∶還原金屬∶低熔點(diǎn)鹽的摩爾比為1∶(2～5)∶(1～20)；硅與聚合物的摩爾比為(5～20)∶1；一種以導(dǎo)電金屬納米顆粒為載體低溫合成硅負(fù)極材料的制備方法包括：

1)稱量一定質(zhì)量的導(dǎo)電納米顆粒分散在有機(jī)溶劑水溶液中，加入表面活性劑，超聲1～20h；

其中，有機(jī)溶劑為C1～C8的醛類、羧酸類、醇類及上述有機(jī)物衍生物的一種或幾種；有機(jī)物與水的體積比為(0.1～10)∶1；

2)將有機(jī)硅的乙醇溶液滴入步驟1)的產(chǎn)物，攪拌1～40h；溫度控制在10～100℃；

其中，有機(jī)硅為硅酸酯、硅烷、氯化硅、溴化硅及上述有機(jī)物衍生物的一種或多種；