[發(fā)明專利]銅包覆多孔硅復合材料的制備方法及用于鋰離子電池的復合電極

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• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111162259A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設計）人: 李倩倩;成信剛;楊鵬帥
• 申請（專利權）人: 北方奧鈦納米技術有限公司;銀隆新能源股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 王曉玲

本發(fā)明提供了一種銅包覆多孔硅復合材料的制備方法及用于鋰離子電池的復合電極。該制備方法包括以下步驟：S1，制備包含二氧化硅和氧化銅的前驅體；S2，采用鎂熱還原法對前驅體進行處理，以將二氧化硅和氧化銅還原，形成多孔硅和銅包覆層。通過在多孔硅表面包覆銅能夠有效抑制SEI膜的生成，同時能夠改善上述復合材料的導電性，從而將其作為電極材料能夠得到較高的首次可逆容量和庫侖效率；并且，硅的多孔結構緩沖了體積膨脹，適量銅的包覆既能夠有效提高材料的導電性，又能形成適量硅銅合金支撐多孔骨架結構，從而能夠使上述復合材料在作為電極材料后能夠保持較高的可逆容量和容量保持率。

技術領域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術領域，具體而言，涉及一種銅包覆多孔硅復合材料的制備方法及用于鋰離子電池的復合電極。

背景技術

隨著電動汽車和便攜式電子產(chǎn)品的快速發(fā)展和廣泛應用，人們對高容量、長壽命電池的需求日益增長。然而，石墨作為目前主要的商業(yè)化鋰離子電池負極材料，其理論容量偏低。因此，亟需開發(fā)新型高容量高穩(wěn)定性的電極材料。

硅材料具有較高的理論容量(4200mA·h/g)和合適的脫嵌鋰電位，且來源豐富，有望替代石墨成為下一代動力電池負極材料。但是硅材料形成的電極材料缺點也很明顯，其導電性較差，也難以形成穩(wěn)定的固態(tài)電解質膜，尤其是高達400％的體積膨脹極大地限制了硅在商業(yè)化鋰離子電池中的應用。

因此，解決硅材料在充放電過程中的體積膨脹是本領域亟待解決的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種銅包覆多孔硅復合材料的制備方法及用于鋰離子電池的復合電極，以解決現(xiàn)有技術中電極材料在充放電過程中體積膨脹的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種銅包覆多孔硅復合材料的制備方法，包括以下步驟：S1，制備包含二氧化硅和氧化銅的前驅體；S2，采用鎂熱還原法對前驅體進行處理，以將二氧化硅和氧化銅還原，形成多孔硅和銅包覆層。

進一步地，在步驟S2中，對包括前驅體和鎂粉的混合物研磨并在惰性氣體氛圍下進行熱處理，以將二氧化硅和氧化銅還原。

進一步地，混合物中鎂單質和二氧化硅的摩爾比為(3.5～1)：1。

進一步地，在熱處理的過程中，將溫度由室溫升溫至600～800℃，優(yōu)選升溫速率為2～15℃/min，優(yōu)選在升溫的過程之后進行2～10h的保溫。

進一步地，混合物還包括緩沖劑，緩沖劑包括氯化鈉、氯化鉀和氧化鎂中的任一種或多種。

進一步地，在熱處理的步驟之后得到反應產(chǎn)物，步驟S2還包括將反應產(chǎn)物提純的步驟，優(yōu)選將反應產(chǎn)物浸泡于酸液中并過濾干燥，更優(yōu)選浸泡的時間為2h，更優(yōu)選酸液為鹽酸溶液，更優(yōu)選干燥的溫度為70～150℃。

進一步地，步驟S1包括：步驟S11，向包括二氧化硅和銅鹽的混合溶液中加入過量氨水，反應得到銅氨絡合物溶液，優(yōu)選銅鹽為硫酸銅；步驟S12，向銅氨絡合物溶液中加入強堿，反應得到含有氫氧化銅的反應溶液，優(yōu)選強堿為氫氧化鈉；步驟S13，將氫氧化銅熱分解，得到氧化銅。

進一步地，在混合溶液中硅元素和銅元素的摩爾比為(10～30)：1。

進一步地，步驟S13包括：將反應溶液在25～50℃的條件下陳化，以將氫氧化銅熱分解，優(yōu)選陳化的時間為12～48h。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于鋰離子電池的復合電極，包括集流體以及覆蓋集流體的電極材料，電極材料由上述的銅包覆多孔硅復合材料的制備方法制備而成。