[發(fā)明專利]一種多孔納米硅碳復(fù)合材料的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710560159.2
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN109244378A
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程君;劉祥;侯小賀
• 申請（專利權(quán)）人: 力信（江蘇）能源科技有限責(zé)任公司;南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
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本發(fā)明公開了一種多孔納米硅碳復(fù)合材料的制備方法，先在納米硅表面進行碳包覆，形成碳包覆的納米硅，然后將碳包覆的納米硅與金屬氧化物和碳材料進行混合、燒結(jié)，得到多孔納米硅碳復(fù)合材料的前驅(qū)體，將前驅(qū)體用酸溶液進行洗滌，去除前驅(qū)體中的金屬氧化物，干燥后即得到多孔納米硅碳復(fù)合材料，本發(fā)明方法原材料損耗少，操作安全，獲得的材料導(dǎo)電性好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法。具體地說，本發(fā)明提供了一種多孔納米硅碳復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池因其具有工作電壓高、比能量高、容量大、自放電小、循環(huán)性好、使用壽命長、重量輕、體積小等突出優(yōu)點而成為移動電話、筆記本電腦等便攜式電子設(shè)備的理想電源。為了滿足使用要求，高容量、長壽命鋰離子電池成為鋰離子電池發(fā)展的一個重要研究方向。由于正極材料的比容量相對較低，容量的提升空間不大，故高容量鋰離子電池的研制工作主要集中在負(fù)極材料。現(xiàn)有商業(yè)上使用的負(fù)極材料為碳材料，其理論比容量僅有372mAh/g，因此尋找替代碳的高容量負(fù)極材料成為一個重要的研究方向。

Si基材料是一種常用的鋰離子電池負(fù)極材料，是至今為止人們所研究的材料中理論比容量最高的，純硅的理論比容量為4200mAh/g，遠大于現(xiàn)階段商用的負(fù)極材料天然石墨和人造石墨的理論容量，被認(rèn)為是最有希望的高容量的鋰離子電池負(fù)極材料。但是純單質(zhì)硅無法作為電極材料使用，因為其電導(dǎo)率低，硅是半導(dǎo)體材料，電導(dǎo)率只有6.7*10^-4S/cm，另一方面在電池充放電過程中，作為負(fù)極材料的硅會產(chǎn)生巨大的體積膨脹，導(dǎo)致負(fù)極材料與負(fù)極集流體脫離，電池循環(huán)性能無法滿足商用要求。針對以上兩方面問題，行業(yè)內(nèi)普遍做法是采用硅與碳類材料混合，即硅碳復(fù)合材料，利用碳類材料良好的導(dǎo)電性解決單質(zhì)硅的電導(dǎo)率的問題，另一方面較小減小硅碳復(fù)合材料中硅的比例，減小硅的尺寸，例如使用納米硅，縮小材料整體的膨脹效應(yīng)。

專利CN103337612B公開了一種納米多孔硅碳復(fù)合材料及其制備方法，利用鋁基的三元合金作為原材料，采用自由腐蝕法，其特征包括下列步驟：(1)將組分包括硅、碳、鋁的三元合金片置于氫氧化鈉溶液、或者鹽酸、或者硫酸溶液中；(2)在10～40℃溫度下，放置反應(yīng)5～40小時；(3)收集腐蝕后的合金，用水反復(fù)洗滌至腐蝕所用的溶液完全洗去，然后在4～100℃的溫度下晾干，即為納米多孔Si/C復(fù)合材料。由該方法制備的材料劑具有三維連續(xù)的納米孔道結(jié)構(gòu)化的體相結(jié)構(gòu)，以緩解傳統(tǒng)硅納米材料脹縮的應(yīng)力，從而抑制結(jié)構(gòu)破裂，此外，其連續(xù)的結(jié)構(gòu)形成了電子與離子傳導(dǎo)的龐大網(wǎng)絡(luò)，有利于獲得高的性能穩(wěn)定性及導(dǎo)電性。但是，由于納米尺度的硅在水溶液中不穩(wěn)定，容易發(fā)生劇烈反應(yīng)，甚至產(chǎn)生氫氣這樣的易燃易爆氣體，該方法直接把硅、碳、鋁的三元合金片放置于溶液中，在硅接觸到水溶液的地方會造成硅的損失，以及發(fā)生危險。