[發(fā)明專利]一種鋁摻雜多孔硅碳復(fù)合材料的制備方法、鋰離子電池

有效

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• 申請日: 2020-09-09
• 公開（公告）號: CN112467138B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李昂
• 申請（專利權(quán)）人: 珠海中科兆盈豐新材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/04;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
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本發(fā)明屬于鋰離子電池材料制備領(lǐng)域，具體的說是一種鋁摻雜多孔硅碳復(fù)合材料及其制備方法，鋰離子電池，其制備過程為：首先將二氧化硅，硅烷偶聯(lián)劑及功能添加劑攪拌均勻后，再添加多孔納米硅得到二氧化硅/多孔硅復(fù)合體，之后通過氫氟酸腐蝕，得到多孔硅二次顆粒復(fù)合體，之后再添加到含有鋁粉的偏鋁酸鋰的有機(jī)溶液中，分散均勻后進(jìn)行高溫高壓反應(yīng)、碳化得到鋁摻雜多孔硅碳復(fù)合材料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，加入硅烷偶聯(lián)劑，提高了二氧化硅顆粒的分散性能，并將納米硅均勻包覆在其表面形成多孔的二次顆粒，降低其充放電材料的膨脹率，提高其循環(huán)性能，同時利用鋁系偶聯(lián)劑對其鋁粉進(jìn)行分散摻雜提高硅鋁復(fù)合材料的比容量及其循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池材料制備領(lǐng)域，具體的說是一種鋁摻雜多孔硅碳復(fù)合材料的制備方法、鋰離子電池。

背景技術(shù)

隨著國家財(cái)政部公布發(fā)布了《關(guān)于2016-2020年新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政支持政策的通知》，要求鋰離子電池具有更高的能量密度，而負(fù)極又是組成鋰離子電池的重要組成部分，目前市場化的負(fù)極材料主要以石墨類材料為主，但是其克容量偏低限制了鋰離子電池能量密度的提高。而硅碳負(fù)極材料以其克容量高、資源豐富、電壓平臺高等優(yōu)點(diǎn)而受到研究者的重視，并應(yīng)用于高比能量密度鋰離子電池等領(lǐng)域，但是其在充放電過程中高的膨脹率、電子導(dǎo)電性偏差造成其材料的循環(huán)性能及其倍率性能偏差，影響其材料的推廣應(yīng)用。而硅合金負(fù)極材料較硅碳負(fù)極材料具有首次效率高及其循環(huán)性能佳等特性，比如專利(CN101969111A)公開了鋰離子電池硅碳合金負(fù)極材料及其制備方法，本發(fā)明的負(fù)極材料，具有硅合金與石墨粉物理結(jié)合的基體，其表面包覆有碳材料。其制備方法：將鋁粉、瀝青、單質(zhì)硅粉混合，加入石墨混合，干燥，焙燒，得到硅碳合金復(fù)合材料，以提高材料的比容量、首次效率和循環(huán)性能，但是其材料的性能遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，其原因?yàn)?，在充放電過程中，硅合金材料的膨脹造成材料的循環(huán)性能下降。而材料造孔技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一種新技術(shù)，即在材料表面形成一定的納米/微米孔洞以緩沖充放電過程中材料的膨脹提高其循環(huán)性能，而通過在納米硅材料表面進(jìn)行造孔，降低其充放電過程中負(fù)極膨脹，并依靠偶聯(lián)劑的作用提高材料之間的結(jié)合力、穩(wěn)定性及其分散性能，使其在提高材料比容量的同時，降低其極片膨脹，提升材料的循環(huán)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是在提高硅碳負(fù)極材料的比容量同時，材料的首次效率、循環(huán)性能及其膨脹也能得到改善，本發(fā)明通過制備出多孔納米硅材料并通過偶聯(lián)劑的作用形成硅鋁合金材料，提高材料的比容量、首次效率、循環(huán)性能并降低其極片膨脹。

一種鋁摻雜多孔硅碳復(fù)合材料及其制備方法，其制備過程為：

I、多孔納米硅的制備：

將二氧化硅、硅烷偶聯(lián)劑、功能添加劑添加到有機(jī)溶劑中混合均勻后，再添加多孔納米硅，攪拌均勻后，噴霧干燥，之后添加到HF溶液中浸泡、過濾，干燥，得到多孔納米硅；

II、鋁摻雜多孔硅碳復(fù)合材料的制備：

將鋁粉、鋁系偶聯(lián)劑、偏鋁酸鋰添加到有機(jī)溶劑中，攪拌均勻后，之后添加到高壓反應(yīng)釜中，再添加多孔納米硅，并在高壓高溫條件下進(jìn)行水熱反應(yīng)，之后過濾、粉碎、碳化得到鋁摻雜多孔硅碳復(fù)合材料。

所述步驟(1)中的功能添加劑：其組成為，(50～70)份的1，3雙(2-羧基六氟異丙基)苯，(1～10)份的甲基丙烯酰氯，(1～10)份正丁基鋰，(1～10)份四甲基乙二胺，(1～10)份偶氮二異丁基，(1～10)份聚醚胺組成的混合液配置而成。

所述步驟(1)中比例為，二氧化硅∶硅烷偶聯(lián)劑∶添加劑∶多孔納米硅∶有機(jī)溶劑＝(5～15)∶(1～5)∶(0.5～2)∶(5～15)∶100；

所述步驟(1)中HF的濃度為(0.01～0.1)mol/l，浸泡時間(12～72)h；