[發明專利]一種納米多孔硅基復合物電極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201711354041.0
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108110240B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 馮金奎;安永靈
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王志坤

本發明涉及一種納米多孔硅基復合物電極材料的制備方法，針對現有技術中存在的制備方法容易導致多孔硅表面出現氧化層，進而影響多孔硅性能的問題，本發明提供一種納米多孔硅基復合物電極材料及其制備方法，與現有技術相比，本發明采用先包覆，再制備多孔硅的方法，很好地克服了多孔硅表面容易被氧化的問題，使本發明制備的多孔硅導電性，循環穩定性更好，有效提升了電池的安全性；本發明制備工藝簡單、成本低，極大地提高了生產效率高，能更好地滿足工業化生產的需要，實現大規模生產，具有良好的工業化應用前景。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種納米多孔硅基復合物電極材料及其制備方法。

背景技術

鋰電池由于其高的比能量、自放電小、綠色環保、循環壽命長等優點，已經作為電動汽車和電池產品最有前景的電源體系。目前鋰電池常用的負極主要是石墨類材料，其理論容量只有372mAh/g，這嚴重限制了鋰電池的性能的整體提高，所以開發新型的比能量高的負極材料尤為重要。

金屬硅和鋰可以形成硅鋰合金(Li_4.4Si)，其理論比容量達到了4212mAh/g，并且硅的儲量豐富，來源廣泛，是一種理想的鋰電池負極材料。但是硅作為負極材料也有一些缺點：(1)價格昂貴，制備困難。通常納米的硅通常是由高能球磨法或CVD法制得的，所用設備昂貴，產率低，成本高。(2)金屬硅在儲鋰過程中體積膨脹，從而造成極片粉化脫落，導致電池性能衰減。(3)硅是一種半導體材料，導電性能較差，限制了其倍率性能。

解決上述問題最常用的方法是將硅多孔化，形成多孔硅；但是，由于單一的多孔硅的導電性差，因此需要將多孔硅與一些碳材料或導電聚合物進行復合，從而在增加其導電性。例如，專利CN 106058167A公開了一種多孔硅基合金復合材料，采用碳包覆層和/或聚合物包覆層包覆多孔硅，這種方法既能解決硅存在的問題，又能提高多孔硅的導電性，成本低，具有良好電化學性能，能夠有效的提高電池的能量密度。

專利CN106058167A公開了一種多孔硅基合金復合材料，包括多孔硅基合金及包覆在多孔硅基合金表面的包覆層，所述包覆層包括碳包覆層和/或聚合物包覆層，所述多孔硅基合金中硅的質量百分含量為50-95％，所述碳包覆層的質量占多孔硅基合金復合材料總質量的0.5-10％，所述聚合物包覆層為導電聚合物包覆層、交聯聚合物包覆層或特定官能團聚合物包覆層，其中導電聚合物包覆層占多孔硅基合金復合材料總質量的0.5-50％，交聯聚合物包覆層占多孔硅基合金復合材料總質量的0.5-10％，特定官能團聚合物包覆層占多孔硅基合金復合材料總質量的0.5-50％。

但是上述專利文獻中公開的制備多孔硅的方法存在的問題是：先制備多孔硅，然后再進行碳/聚合物包覆，但在首先制備多孔硅的過程中，硅極易被氧化，因此會在多孔硅的表面形成一層氧化層，一是導致后續碳包覆時，包覆層和多孔硅表面結合不牢固，包覆層容易脫落，二是多孔硅表面的氧化層本身就會影響硅的性能；用這兩種情況下得到的多孔硅制備鋰電池的負極材料，會使鋰電池的電化學性能大打折扣。

綜上所述，現有技術中制備多孔硅的方法還存在諸多問題，因此，亟需一種能夠克服上述問題的多孔硅制備方法。

發明內容

針對上述現有技術中存在的制備方法容易導致多孔硅表面出現氧化層，進而影響多孔硅性能的問題，本發明提供一種納米多孔硅基復合物電極材料及其制備方法，與現有技術相比，本發明采用先包覆，再制備多孔硅的方法，很好地克服了多孔硅表面容易被氧化的問題，使本發明制備的多孔硅導電性，循環穩定性更好，有效提升了電池的安全性。

本發明的目的之一是提供一種納米多孔硅基復合物電極材料的制備方法。

本發明的目的之二是提供一種納米多孔硅基復合物電極材料及其制備方法的應用。

為實現上述發明目的，具體的，本發明公開了下述技術方案：