[發明專利]一種鋰離子電池用定向多孔硅材料的制備方法

有效

• 申請號: 201810474753.4
• 申請日: 2018-05-17
• 公開（公告）號: CN108682837B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 郭軍坡;鄭剛;王輝;劉會
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 葉美琴

本發明公開了一種鋰離子電池定向多孔硅材料的制備方法，步驟如下：將碳酸鈉與氧化亞硅混合，將混合料進行升溫反應，清洗，得到鋰離子電池用定向多孔硅材料。本發明通過氧化亞硅與碳酸鈉在高溫環境下發生反應，生成硅酸鈉和單質硅，然后用去離子水洗滌除去反應生成的硅酸鈉及殘余的碳酸鈉后得到具有大量微孔結構，以構建適于鋰離子定向脫/嵌過程的通道并提供了充足的Li_xSi結合位點。與此同時，通過選擇自然界豐富的鈉資源逐漸替代稀缺的鋰資源，這對于合理利用資源，降低生產成本具有積極的意義。將本發明制備的定向多孔硅材料作為負極材料應用于鋰離子電池中，可以提高電極材料的理論容量與首次循環效率，從而大幅度提高材料的能量密度。

技術領域

本發明涉及微米硅基材料技術領域，尤其涉及一種鋰離子電池用定向多孔硅材料的制備方法。

背景技術

由于硅來源豐富,價格便宜，及具有較高的理論容量(4200mAh/g)和較低的平臺電位(0.5V)，因此有希望替代商業化的石墨，應用于高性能鋰離子電池負極中。然而，硅在脫嵌鋰過程中伴隨著嚴重的體積變化,由于這種體積效應會造成電極結構的破壞，因此硅在電解液中難以形成穩定的固體電解質界面(SEI)膜。伴隨著電極結構的破壞，在暴露出的硅表面不斷形成新的SEI膜，加劇了硅的腐蝕和容量衰減，與此同時，材料會不斷粉化及活性物質不斷地脫落,也將極大地降低電池的循環性能。

基于硅基負極材料目前存在的問題,本發明通過不斷地調整硅基材料的結構,設計具有定向脫/嵌鋰通道的多孔硅材料來縮短鋰離子的傳輸距離；同時，通過改善材料中的活性硅與穩定硅的含量抑制其在脫嵌鋰過程的應力變化，提高電池的首次循環效率及電池的循環壽命。

發明內容

基于背景技術存在的問題，本發明提出了一種鋰離子電池用定向多孔硅材料的制備方法，本發明著眼于硅材料的結構設計,制備了一種多孔硅材料，可以縮短鋰離子的傳輸距離,同時改善硅材料在循環過程中明顯的體積變化,抑制其在脫嵌鋰過程的應力變化，保持穩定的界面和SEI膜，從而提高電池的綜合性能。

本發明提出了一種鋰離子電池用定向多孔硅材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將碳酸鈉與氧化亞硅混合，得到混合料；

S2、將混合料進行升溫反應，清洗，得到鋰離子電池用定向多孔硅材料。

優選地，S1中，氧化亞硅與碳酸鈉的質量比為0.2-1:0.5-1.5。

優選地，S1中，氧化亞硅的粒徑為1-100um。

優選地，S1中，氧化亞硅的粒徑為1-10μm。

優選地，S1中，碳酸鈉的粒徑為1-100um。

優選地，S1中，碳酸鈉的粒徑為1-10μm。

優選地，S1中，采用三維混料機混合。

優選地，S1中，混合的具體操作為：將氧化亞硅加入到三維混料機中，隨后依次加入碳酸鈉及鋯球，料球比控制為1-10:1-10，開啟三維混料機混合2-5h。

優選地，S2中，升溫反應過程中使用惰性氣體保護。

優選地，所述惰性氣體為氬氣、氮氣中的至少一種。

優選地，S2中，升溫速率為2-10℃/min。這是由于在煅燒的過程中，升溫速率影響前驅體被還原的效果，若升溫速率過快，將導致前驅體混合物受熱不均，達不到理想的效果，因此控制升溫速率為2-10℃/min。

優選地，S2中，反應溫度為800-1200℃。

優選地，S2中，反應時間為2-6h。

優選地，S2中，采用去離子水清洗。

優選地，本發明可用于鋰離子電池負極材料。