[發明專利]一種Li

有效

• 申請號: 201710416712.5
• 申請日: 2017-06-06
• 公開（公告）號: CN107093735B
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發明（設計）人: 宋曉艷;楊科;侯超;劉雪梅;王海濱
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/40;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 11203 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 張立改

一種Li₂₁Si₅/C復合材料、制備及應用，屬于鋰離子電池富鋰負極材料領域。將硅納米顆粒和鋰片在攪拌條件下于200?230℃加熱鋰化，制備粒徑為100～280納米Li₂₁Si₅顆粒，然后與乙炔黑進行球磨混合，然后利用放電等離子燒結方法制備成致密塊體即可。本方法制備的新型復合材料具有優異的電化學性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池富鋰負極材料領域，具體涉及一種制備納米Li₂₁Si₅和碳復合電極材料的方法。

背景技術

鋰-硫和鋰-氧電池由于具有高能量密度和低成本的優點，近年來成為能源存儲材料領域的研究熱點，并有望應用于智能電網、電動汽車等諸多大型儲能領域。鋰負極枝晶形成和安全性問題是目前制約其大規模商業化應用的重要限制因素，因此，急需開發高比容量、高安全性的富鋰負極材料以取代目前的金屬鋰負極。鋰硅合金由于具有高的理論比容量以及能夠避免形成鋰枝晶的優勢，而成為最具開發潛力的金屬鋰替代材料。然而鋰硅合金具有極強的還原性，在電極制備和電池組裝過程中，材料中的鋰易與有機溶劑和電解液發生反應，從而顯著減少提供鋰的能力。另一方面，為了保證負極具有單位面積和單位體積下的高比容量，需要使活性材料粒徑分布于微米尺度。因此，有必要提供一種新的鋰硅類材料或制備方法提高富鋰電極材料的性能。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種Li₂₁Si₅/C復合材料、制備及應用，本發明方法制備的Li₂₁Si₅/C復合材料具有高比容量和優良循環穩定性。

本發明的一種Li₂₁Si₅/C復合材料的制備方法，其特征在于，包含以下步驟：

(1)首先將硅納米顆粒在真空條件下加熱到100-150℃以去除其吸附的氣體和水分，再按照Li₂₁Si₅化合物成分摩爾配比，在氬氣手套箱內稱取一定質量比的硅納米顆粒和鋰片，放入鉭坩堝中，再將硅納米顆粒、鋰片和鉭坩堝移入不銹鋼球磨罐中，在氬氣保護的環境下，利用外加的磁力攪拌器將硅納米顆粒和鋰片在鉭坩堝中進行磁力攪拌，同時將不銹鋼球磨罐加熱到 200-230℃，保溫6-9小時，由此制備得到平均顆粒尺寸為100～280納米的Li₂₁Si₅顆粒；

(2)將步驟(1)制備的Li₂₁Si₅顆粒與乙炔黑進行球磨混合，球磨工藝為：球料比10-20:1，球磨轉速300-500r/min，球磨時間8-15小時，制備得到細小且分布均勻的Li₂₁Si₅與碳的混合粉末；優選乙炔黑占混合粉末的質量百分比為20-30％；

(3)將步驟(2)制備的Li₂₁Si₅與碳的混合粉末利用放電等離子燒結方法制備成致密塊體，放電等離子燒結工藝為：燒結壓力為60-80MPa，燒結溫度 200-300℃，不保溫，將燒結得到的塊體研磨成微米尺度的Li₂₁Si₅/C復合材料粉體，該粉體即為本發明制備的富鋰型負極材料。

步驟(1)在制備Li₂₁Si₅化合物時，Li可過量0-5wt％，作為燒損量。

本發明方法制備得到的Li₂₁Si₅/C復合材料作為富鋰負極材料應用。

本發明的特色和技術效果在于：