[發明專利]一種硅銅鋰離子電池負極制備方法

有效

• 申請號: 201710938045.7
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN109659499B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 楊立山;周靈;邵俐
• 申請（專利權）人: 湖南師范大學
• 主分類號: H01M4/1395
• 分類號: H01M4/1395
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明為一種鋰離子電池用硅銅負極的制備方法，具體為：以納米硅粉為原料，按照0.1~60 wt.%硅銅質量比將硅粉原位沉淀為草酸銅?硅前驅體，將此前驅體漿液涂布于集流體上，經過壓制、干燥、保護氣氛煅燒，得到“納米銅?納米硅?集流體”一體化負極；經后續包覆納米銀或導電高分子，可進一步優化此硅銅電極。本發明利用草酸銅原位生長納米銅的優異延展性和導電性緩解了納米硅粉的大體積膨脹和差導電率，并通過后續包覆納米銀和導電高分子來進一步優化電極性能，最終所得電極的循環穩定性優異。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，特別涉及一種納米硅/銅復合電池電極材料及負極極片的制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為高能量密度，無記憶效應，綠色環保型可充電電池，為現代社會廣泛使用。目前，動力汽車的推廣普及新能源儲能發展使得對高能量、高功率、長壽命鋰離子電池的需求日益迫切。

傳統商業化負極材料石墨的比容量已接近理論值(372mAh·g^-1)，可提升空間有限；近年來，具有快充“零應變”美稱的Li₄Ti₅O₁₂負極材料廣泛應用于以三元材料為正極的電池體系，但其理論比容量較低(175mAh·g^-1)成本較高，顯然，這兩類負極材料無法滿足動力電池2020年達到300Wh/kg的能量密度發展要求。硅作為合金化儲鋰材料擁有目前最高的理論比容量(4200mAh·g^-1)、略高于石墨的嵌鋰電壓平臺(0.5V vs.Li⁺/Li)、以及環保廉價等特點。特別當電池在低溫或快充工作條件下，硅負極能較好規避傳統陽極表面(石墨或鋰片)的析鋰現象，使得硅負極成為提升電池容量和安全性的重要選擇。

然而硅在充放電過程中體積膨脹300％致使硅電極內部裂化，電極內部、電極與集流體間電接觸惡化，表現為電池循環過程中容量迅速衰退，電池失效。有效解決手段是通過將硅納米化來減小離子傳輸路徑或將硅與其他材料復合以緩沖中放電過程中體積膨脹效應。其中，構建納米結構，如Si納米線(C.K.Chan；H.Peng；G.Liu；K.McIlwrath；X.F.Zhang；R.A.Huggins；Y.Cui,Nat.Nanotech.,2008,3,31.)，納米Si薄膜(S.Ohara；J.Suzuki；K.Sekine；T.Takamura,A Thin Film Silicon Anode for Li-Ion BatteriesHaving a Very Large Specific Capacity and Long Cycle Life.J.Power Sources,2004,136,303)等均能控制體積效應使其發揮Si高容量，但制備成本高，無法工業化生產。中國專利(CN105489839A)利用三維多孔硅-銀電極材料相比于純三維多孔硅電極循環性能有了明顯的提高：首次充放電庫侖效率達到了88％，50次循環后比容量仍接近于755mAh/g，在循環前3次比容量衰減較快，之后的循環表現出了很好的循環穩定性。但上述方法通常采用傳統涂布工藝制備中硅負極，電極漿料含導電劑和粘結劑，其中不導電聚合物粘結劑在EC/DMC電解液體系中發生溶脹導致導電網絡的崩塌，加重電池的容量衰減。中國專利(CN105489839A)將銅硅復合物，含C、H、O元素的還原劑等涂布于集流體，在惰性氣氛下還原得到銅硅負極，然而熱解碳一般為無定形碳，電導率及實際容量較低，循環過程中不足以維持導電網絡的結構穩定。

本發明基于硅負極合金化過程中體積膨脹不適應傳統負極制造方法，設計無粘結劑和導電碳成分的電極成分，制備出金屬硅銅連續導電網絡的一體化電極。

發明內容

本發明的目的在于提供一種納米硅銅復合電池電極材料及負極極片的制備方法。

為實現上述發明目的，本發明的技術方案是，將納米硅粉分散于溶液體系中，原位沉淀納米硅-草酸銅前驅物，利用惰性環境下原位分解納米硅/草酸銅，將納米硅、納米銅、多孔導電集流體制成具備連續導電網絡的一體化電極。