[發明專利]一種鋰電池用納米管狀硅基材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011003613.2
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112072098B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 徐峰;何志強;林本鋒
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 修斯文;蔡學俊

本發明公開了一種鋰電池用納米管狀硅基材料及其制備方法，屬于鋰電池材料技術領域。其是先將金屬納米線分散于溶劑中，然后加入硅的前驅體，經攪拌、干燥、保護氣氛下煅燒后，于酸溶液中攪拌反應一定時間，再經過濾、洗滌、干燥制得所述鋰電池用納米管狀硅基材料。本發明所得納米管狀硅基材料在鋰電池充放電過程中的體積膨脹較小，因而具有較好的穩定性。

技術領域

本發明屬于鋰電池材料技術領域，具體涉及一種鋰電池用納米管狀硅基材料及其制備方法。

背景技術

將硅基材料用作鋰電池負極材料，可大幅提高鋰電池的容量。1摩爾硅可與3.6摩爾的鋰離子復合形成Li_3.6Si化合物，這使得鋰電池的理論容量可達1820 mA·g^-1。但高純度的Si材料在充放電過程中易發生膨脹而導致破碎、分解，最終破壞電池結構，導致其失效。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鋰電池用納米管狀硅基材料及其制備方法。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種鋰電池用納米管狀硅基材料的制備方法，其包括以下步驟：

1）將金屬納米線分散于溶劑中；

2）將硅的前驅體加入到步驟1）所得的溶液中，攪拌一段時間；

3）將步驟2）所得產物過濾后進行干燥；

4）將步驟3）烘干后的產物置于保護氣氛下煅燒一定時間，之后冷卻；

5）將步驟4）所得產物置于酸溶液中攪拌一定時間，過濾、洗滌并干燥后，即得所述納米管狀硅基材料。

步驟1）所述納米線金屬包括鋁、銅、鉛、鋅、錫、鈷、鎳、鐵、鉻、錳、銻、鎘、鉍、鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鎢、鉬、鎵、銦、鉈、鍺、錸中的一種或者幾種。

步驟1）中所述溶劑為水、甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇、丙三醇、正丁醇、糠醇、乙醚、汽油、柴油中的一種或幾種。

步驟2）中所加入的硅的前驅體與金屬納米線的質量比為1:1~10。所述硅的前驅體為正硅酸四乙酯、硅酸鈣、硅烷偶聯劑、硅酸鈉、硅酮、氟硅酸或偏硅酸鋁中的一種或幾種。

步驟2）中攪拌的時間為60~120 min。

步驟4）中所述保護氣氛包括氫氣、氮氣、氦氣、氬氣、一氧化碳、二氧化碳中的一種或幾種；所述煅燒的溫度為400~600℃，時間為10~24 h。

步驟5）中所述酸溶液為鹽酸、硫酸、磷酸、硝酸、硒酸、碲酸、高氯酸、次氯酸中一種或幾種的水溶液，其濃度為0.1~3 mol/L；用量按酸與金屬元素的摩爾比為10~30:1進行換算；

攪拌的時間為10~24 h。

操作中所述干燥是于真空或惰性保護氣氛下進行，干燥的溫度為80~110 ℃，時間為10~24 h；所述惰性保護氣氛包括氮氣、氦氣、氬氣中的一種或幾種。

本發明的有益效果在于：

本發明將氧化硅包裹在金屬納米線表面，并經煅燒及酸處理，使金屬原子進入氧化硅內部而與硅原子和氧原子發生相互作用，從而使所得硅基材料可有效解決高純度的硅材料在鋰電池充放電過程中體積膨脹的問題，提高了電池的穩定性。

附圖說明

圖1為本發明實施例1所得納米管狀硅基材料的掃描電鏡圖。

圖2為本發明實施例1所得納米管狀硅基材料制備的鋰電池的充放電曲線。

圖3為本發明實施例1所得納米管狀硅基材料制備的鋰電池的充放電循環次數圖。