[發明專利]一種用于制備改性硅負極復合材料的方法

在審

• 申請號: 202010167089.6
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111162267A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 胡小玲
• 申請（專利權）人: 合肥克米克科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥九道和專利代理事務所(特殊普通合伙) 34154
• 代理人: 胡發丁

本發明公開了一種用于制備改性硅負極復合材料的方法，其步驟如下：1）向氫氟酸溶液中加入納米硅和銻粉均勻分散，噴霧干燥，高溫燒結，得中間體Ⅰ；2）將中間體Ⅰ和氧化石墨烯置于溶劑中超聲分散，然后加入適量的偏釩酸銨和碳源充分分散，噴霧干燥、高溫燒結，待冷卻后用氫氟酸溶液浸泡5?8min，水洗至中性，烘干，得中間體Ⅱ；3）將中間體Ⅱ與錫粉混合球磨，然后高溫燒結，得改性硅負極復合材料。本發明公開的改性硅負極復合材料是通過分步摻雜氟和多種金屬元素，可以有效降低材料在脫嵌鋰過程中的體積變化，以改善材料的電子導電性和循環穩定性，提升電池的電池容量。

技術領域

本發明涉及鋰電池技術領域，具體涉及一種用于制備改性硅負極復合材料的方法。

背景技術

鋰離子電池由于具有能量比高、質量輕、額定電壓高、自放電率低等優點而被學術界和產業界廣泛研究和應用。目前，鋰電池負極材料主要包括鋰嵌入型材料、鋰合金材料和鋰金屬等。但隨著社會的進一步發展，如電動汽車在動力源方面的要求，現有的鋰離子電池體系在價格、安全性、比容量和功率性能、原材料的富足等方面都還有待提高。開發更高性能的材料和與之對應的鋰離子電池極為重要。

硅負極具有高的能量密度、豐富的自然資源，是十分理想的下一代鋰離子電池負極材料，成為了該領域研究熱點。硅在常溫下可與鋰合金化，生成Li15Si4相，理論比容量高達3572mA˙h/g，是商業化石墨理論比容量(372mA˙h/g) 的十倍左右，因此硅有望成為下一代高能量密度儲能材料和汽車動力裝置的鋰離子電池的負極。但是硅負極材料本身存在電導率低和體積膨脹的問題，這些問題會嚴重影響電池的容量和使用壽命，因而限制了硅負極材料的應用。

發明內容

基于背景技術的問題，本發明意在提出一種用于制備改性硅負極復合材料的方法，其可以有效緩解材料的體積膨脹，循環性能好。

為實現該上述目的，本發明公開了如下方案：

一種用于制備改性硅負極復合材料的方法，其步驟如下：

1）向濃度為15-20g/L氫氟酸溶液中加入納米硅和銻粉均勻分散，噴霧干燥，高溫燒結，得中間體Ⅰ，氫氟酸溶液中的氫氟酸與納米硅、銻粉的摩爾比為1:8-10:1-2；

2）將中間體Ⅰ和氧化石墨烯按1:3-6的質量比置于溶劑中超聲分散，然后加入適量的偏釩酸銨和碳源充分分散，噴霧干燥、高溫燒結，待冷卻后用濃度為40-50g/L的氫氟酸溶液浸泡5-8min，水洗至中性，烘干，得中間體Ⅱ；

3）將中間體Ⅱ與錫粉按照6-8:1的質量比混合，球磨，然后高溫燒結，得改性硅負極復合材料。

本發明公開的改性硅負極復合材料是通過分步摻雜氟和多種金屬元素，可以有效降低材料在脫嵌鋰過程中的體積變化，以改善材料的電子導電性和循環穩定性，提升電池的電池容量。具體來說，本發明先是在氫氟酸溶液中均勻分散納米硅和銻粉，然后高溫燒結，這樣可以確保納米硅中同時摻雜有氟和銻，之后在氧化石墨烯和偏釩酸銨的作用下引入碳源，這樣得到的氟-銻摻雜硅碳負極材料不僅比表面積大，而且摻雜的均勻性好，結構穩定。不僅如此，燒結后得到的產物通過氫氟酸快速浸泡刻蝕，這樣得到的中間體Ⅱ摻雜錫粉的效果更佳，得到的負極復合材料電子導電率高，體積膨脹得到有效緩解，內阻小，因而硅材料的循環穩定性好。

優選的，所述步驟2）中偏釩酸銨、碳源和中間體Ⅰ的質量比為0.5-1:1.5-2:10。

具體的，步驟2)中的溶劑為丙酮或N-甲基吡咯烷酮。

具體的，步驟2)中的碳源為瀝青、苯酚、蔗糖或葡萄糖中的一種。

優選的，步驟1）中的高溫燒結是將干燥物置于500-600℃的氬氣氣氛中高溫燒結1-2h。