[發(fā)明專利]一種柔性自支撐硅基鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911385725.6
• 申請(qǐng)日: 2019-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN111180686B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇海萍;李芯蕊;練成;高天翼;尚亞卓;劉洪來
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 上海三和萬國知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31230
• 代理人: 任艷霞

本發(fā)明屬于鋰離子電池負(fù)極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種柔性自支撐硅基鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法。通過將納米硅材料、納米纖維素和表面活性劑共同分散在溶劑中，經(jīng)蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝過程，得到硅/納米纖維素復(fù)合薄膜；將硅/納米纖維素復(fù)合薄膜進(jìn)行高溫?zé)崽幚淼玫饺嵝宰灾喂?多孔炭鋰離子負(fù)極材料。本發(fā)明將納米硅材料引入柔性炭基底薄膜中，得到機(jī)械柔韌性能優(yōu)異的自支撐負(fù)極材料，避免了粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑的加入，可直接作為鋰離子電池電極，縮減了制備工藝的同時(shí)保證了鋰離子電池的性能。本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)單，所制備柔性薄膜材料的容量高、循環(huán)穩(wěn)定性好，在鋰離子電池負(fù)極材料領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池負(fù)極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種柔性自支撐硅基鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池作為新一代的二次化學(xué)電源，由于其具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)受到廣泛青睞。隨著電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，市場(chǎng)也對(duì)鋰離子電池的能量密度提出了更高的需求。而目前商用鋰離子電池的負(fù)極材料主要為石墨，理論比容量低(372mAh/g)，容量提升空間已達(dá)到極限。

硅材料由于具有較高的理論比容量(4200mAh/g)，是作為石墨負(fù)極的理想替代材料。然而，硅材料在充放電過程中伴隨著極大的體積膨脹，會(huì)導(dǎo)致電極材料的破碎、粉化、剝落，使得容量快速衰退；同時(shí)，粉碎的硅顆粒不斷暴露于電解液中連續(xù)形成SEI膜，對(duì)電解液和正極中的鋰離子形成不可逆消耗，這些都抑制了硅負(fù)極的發(fā)展。碳復(fù)合是改善硅負(fù)極材料性能的一種有效方法。碳材料具有一定的機(jī)械柔韌性和高的導(dǎo)電率，能有效緩解硅材料體積膨脹效應(yīng)的同時(shí)增加電極的導(dǎo)電性。碳復(fù)合結(jié)構(gòu)可以減少硅材料與電解液接觸，有利于生成穩(wěn)定的SEI膜，提高電池的循環(huán)壽命。

通常，鋰離子電池電極片的制備通常需要添加粘結(jié)劑使得粉末材料牢固地粘附在集流體表面上，這極大地阻礙了電子的傳輸。同時(shí)，制備工序復(fù)雜、冗長(zhǎng)，增加工業(yè)化成本。將電極材料薄膜化，不僅可以大大縮減制備工藝流程，而且可以有效緩解電極的體積膨脹效應(yīng)，提高循環(huán)穩(wěn)定性。

鑒于上述情況，研究自支撐和更高比容量的柔性硅負(fù)極材料已成為亟需解決的問題，同時(shí)對(duì)降低成本和規(guī)模化生產(chǎn)也提出了更高的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種低成本、易規(guī)?；闹苽淙嵝宰灾喂杌囯x子電池負(fù)極材料的方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種柔性自支撐硅基鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，所述方法包括以下步驟：

將脫脂棉花加入硫酸溶液中，60℃條件下不斷攪拌，30min后停止加熱，并加入去離子水(通常500mL)稀釋，冷卻至室溫。水解產(chǎn)物經(jīng)多次離心、洗滌至上層清液不再透明，再次分散于去離子水中，得到納米纖維素晶體分散液；

將納米硅顆粒和表面活性劑加入步驟(1)中得到的納米纖維素晶體分散液中，并進(jìn)行磁力攪拌和超聲處理，形成混合溶液；

將步驟(2)中得到的混合溶液轉(zhuǎn)移至干凈的聚四氟培養(yǎng)皿中，置于平整通風(fēng)處，室溫條件下，靜置18-24小時(shí)后，得到硅/納米纖維素復(fù)合薄膜；

將步驟(3)中得到的硅/納米纖維素復(fù)合薄膜材料經(jīng)高溫?zé)崽幚?，得到柔性自支撐?多孔炭負(fù)極材料。

本發(fā)明提供的硅基柔性自支撐復(fù)合電極的制備方法，該方法利用納米纖維素的自組裝成膜特性，將納米硅材料引入纖維骨架中，得到機(jī)械柔韌性能良好的柔性自支撐硅/多孔炭負(fù)極材料。該方法制備的復(fù)合膜電極避免了粘結(jié)劑的加入和攪漿涂覆工藝，簡(jiǎn)化了制備工序，同時(shí)保證鋰離子電池高容量性能和使用壽命。