[發明專利]一種硅基鋰離子電池負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810119502.4
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN108400297B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 童路攸;韓彬;陳麗鮮;劉雷;尹佳
• 申請（專利權）人: 浙江衡遠新能源科技有限公司;山東衡遠新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 臺州市方圓專利事務所(普通合伙) 33107
• 代理人: 林米良

本發明涉及一種硅基鋰離子電池負極材料及其制備方法，屬于鋰離子電池技術領域，解決現有的硅基負極材料存在的導電性差、循環壽命低的問題。該方法首先以納米氧化鋅做模板劑，通過有機硅的水解制備得到核殼結構的ZnO/SiO₂；將ZnO/SiO₂和Zn粉混合進行高溫處理得到ZnO/SiO_x(0≤X<2)；再與酸進行反應得到中空的H?SiO_x；再在H?SiO_x表面包覆聚苯胺得到H?SiO_x/PANI；最后在聚苯胺表面吸附氧化石墨烯并還原得到H?SiO_x/PANI/RGO，即為硅基鋰離子電池負極材料。本發明的制備工藝與設備要求低，且硅基負極材料結構穩定性好，導電性高，循環壽命大大提升。

技術領域

本發明涉及一種硅基鋰離子電池負極材料及其制備方法，屬于鋰離子電池技術領域。

背景技術

鋰離子電池以能量密度高、循環壽命長、使用無污染等優點，成為當今新能源屆研究的主題，被廣泛的應用于筆記本、手機、電動汽車上。目前鋰離子電池通常以石墨作為負極材料，但是，由于石墨的理論容量低，限制了鋰離子電池整體的能量密度。硅的理論容量可達4200mAhg^-1，遠高于石墨，且在地球上儲量豐富，是一種優異的鋰離子電池負極材料；但是，硅的導電性差，在充放電過程中體積膨脹可達3倍以上，容易發生材料顆粒破碎、材料從集流體上脫落等問題，造成電池容量迅速衰減，電池壽命短，倍率性能差等不好的結果。

為了提高硅的活性和在電池領域的應用，現有技術中有通過化學氣相沉積在硅納米顆粒的表面沉積上一層碳層或者石墨烯，以增加硅的電導性，提高電池的性能。但是，該方法對設備的要求高，能耗高，沉積的條件要求高。也有通過硼酸對硅納米顆粒進行摻雜，隨后用硝酸銀溶液對硅顆粒進行刻蝕，從而形成多孔的硅，緩解體積膨脹，提升電池壽命。這種方式中硼的摻雜量不高，硝酸銀成本高，所得的孔量少且較小，對性能提升不大。還有的是通過物理法將硅基材料和石墨烯、活性炭、碳納米管等高導電性材料進行球磨等方式，增加硅基材料的導電性，提高電池性能。但物理法存在材料的結構穩定性不好，且各組分之間的結合能力低的缺點。

發明內容

本發明針對以上現有技術中存在的缺陷，提出一種硅基鋰離子電池負極材料及其制備方法，該材料解決了硅基材料作為鋰離子電池負極材料時導電性差，結構穩定性低，循環壽命低的問題。

本發明的目的之一是通過以下技術方案得以實現的，一種硅基鋰離子電池負極材料的制備方法，該方法包括以下步驟：

A、將有機硅源、氨水加入至納米氧化鋅分散液中，反應后，過濾得到沉淀，并將沉淀進行加熱處理，得到具有核殼結構的ZnO/SiO₂；

B、在惰性氣體的保護下，將具有核殼結構的ZnO/SiO₂和活性Zn粉混合在高溫條件下進行熱處理，得到具有儲鋰活性的硅基材料ZnO/SiO_x，所述SiO_x中X的數值為0≤X&lt;2；

C、將ZnO/SiO_x與稀酸溶液進行反應除去內層的ZnO和多余的鋅粉，離心、洗滌，得到中空的硅基材料H-SiO_x；

D、將中空的硅基材料H-SiO_X和苯胺單體加入到水和乙醇的混合液中，調節體系的pH值為1～2，再加入過硫酸銨溶液，進行聚合反應，反應結束后，進行離心、洗滌，得到聚苯胺PANI包覆中空硅基材料H-SiO_x的二元復合材料H-SiO_x/PANI；