[發(fā)明專利]一種硅基鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法以及由此得到的硅基鋰離子電池負(fù)極材料

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810552802.1
• 申請(qǐng)日: 2018-05-31
• 公開（公告）號(hào): CN108598442A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田素云;謝曉華;丁古巧;夏保佳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪;宋麗榮

本發(fā)明涉及硅基鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，包括將氧化石墨烯溶解于水中形成氧化石墨烯漿料；在所述氧化石墨烯漿料中加入苯胺單體并形成第一混合漿料，在所述第一混合漿料中加入植酸并形成第二混合漿料；在所述第二混合漿料中加入硅納米顆粒并形成第三混合漿料；在所述第三混合漿料中加入引發(fā)劑并形成第四混合漿料；將所述第四混合漿料直接涂布烘干形成為硅基鋰離子電池負(fù)極材料。本發(fā)明還提供根據(jù)上述的制備方法得到的硅基鋰離子電池負(fù)極材料，其中，該硅基鋰離子電池負(fù)極材料為氧化石墨烯包裹的附著硅納米顆粒的聚苯胺骨架孔狀微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的制備方法簡單，生產(chǎn)過程安全性高，原料豐富，生產(chǎn)成本低，可實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池硅基負(fù)極材料的制備，更具體地涉及一種硅基鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法以及由此得到的硅基鋰離子電池負(fù)極材料。

背景技術(shù)

鋰離子電池相比于其他二次電池具有高能量密度，高循環(huán)性能，低成本等特點(diǎn)，目前在高能量儲(chǔ)能領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)儲(chǔ)能應(yīng)用中能量密度的需求越來越高，而由于目前鋰離子電池所用材料的局限，獲得更高能量密度的鋰離子電池性能，成為很多研究和技術(shù)突破的主要難點(diǎn)。而其中鋰離子電池的負(fù)極材料是鋰電池的關(guān)鍵材料之一，也是決定最終電池性能的關(guān)鍵因素，負(fù)極材料性能的高低直接決定鋰電池的電池容量，安全性等綜合性能。

目前鋰離子電池中主要利用的負(fù)極材料仍是碳材料，這種負(fù)極材料具有充放電電位低且穩(wěn)定，循環(huán)穩(wěn)定性好，安全等特點(diǎn)，但碳材料放電容量較低，理論容量只有372mAh/g，限制了鋰離子電池的整體能量密度的發(fā)揮。而除此以外，硅負(fù)極材料具有除鋰外最高的理論比容量(可達(dá)4200mAh/g)，是石墨負(fù)極的10倍，是最有希望滿足目前日益增長的能量需求的負(fù)極材料，也是很多研究和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)突破的熱點(diǎn)。然而其缺點(diǎn)是與高容量相對(duì)應(yīng)的在嵌鋰過程中極大的體積膨脹，導(dǎo)致了硅活性材料的團(tuán)聚和粉化，以及固體電解質(zhì)界面膜(SEI膜)的不斷破裂和再生，從而使得電池的循環(huán)性能急劇的下降。

常用的改善硅負(fù)極的循環(huán)性能的方法是通過采用納米尺度的硅材料，包括納米顆粒，納米線，納米管以及納米薄膜來增大材料比表面積，減少顆粒內(nèi)應(yīng)力集中，緩解體積膨脹，降低硅的團(tuán)聚。崔屹等人通過硅納米顆粒與硅納米線構(gòu)成硅基電極材料，獲得2000mAh/g的比容量。但是由于硅材料本身導(dǎo)電性較差，所以對(duì)硅材料納米化處理并不能完全解決硅材料循環(huán)性能衰減快的問題，在崔屹等人這個(gè)的研究中，盡管獲得高的比容量，但在循環(huán)30次后的容量保持率為81％(Chem.Commun.2011,47,367-369)，性能衰減仍然較快。另一種方法是通過對(duì)硅納米顆粒進(jìn)行碳包覆等方式進(jìn)行處理，以達(dá)到在對(duì)硅基電極材料導(dǎo)電性得到改善的同時(shí)也可起到抑制體積膨脹和穩(wěn)定SEI膜的作用。但是碳包覆結(jié)構(gòu)往往使得硅材料沒有足夠的可膨脹空間，最終仍然會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破裂。例如有人通過在硅納米線上包裹一層碳層，很好的抑制硅的體積膨脹，循環(huán)50次容量仍可以保持在1300mAh/g的容量，但仍然無法避免多次循環(huán)后結(jié)構(gòu)的破壞，在用于全電池中，僅30次容量保持率降為61％(NanoLett.2009,9,3370-3374)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的硅基負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定差等問題，本發(fā)明旨在提供一種硅基鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法以及由此得到的硅基鋰離子電池負(fù)極材料。

本發(fā)明提供一種硅基鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，包括如下步驟：S1，將氧化石墨烯溶解于水中形成氧化石墨烯漿料；S2，在所述氧化石墨烯漿料中加入苯胺單體并形成第一混合漿料，其中，苯胺單體上的苯環(huán)結(jié)構(gòu)與氧化石墨烯形成π-π鍵連接；S3，在所述第一混合漿料中加入植酸并形成第二混合漿料，其中，植酸上的苯環(huán)與苯胺單體相互吸引連接；S4，在所述第二混合漿料中加入硅納米顆粒并形成第三混合漿料，其中，硅納米顆粒與植酸上的磷酸根基團(tuán)螯合并使得苯胺單體緊密地連接在硅納米顆粒上；S5，在所述第三混合漿料中加入引發(fā)劑并形成第四混合漿料，其中，苯胺單體在引發(fā)劑的引發(fā)下原位聚合形成聚苯胺，同時(shí)牽引氧化石墨烯對(duì)聚苯胺進(jìn)行包裹；S6，將所述第四混合漿料直接涂布烘干形成為硅基鋰離子電池負(fù)極材料。