[發明專利]一種原位合成導電金屬/硅/聚合物基負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 202011096420.6
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112234183B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 鄒文珍;梁攀飛;曹江行;謝文青;張佳穎;劉曉慶;李寧霞;范美強
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種原位合成導電惰性金屬/硅/聚合物基負極材料的制備方法，以還原金屬、導電惰性金屬和硅粉為原料；氬氣氣氛高溫燒結，粉碎、再與鐵鹽機械球磨、再與鹽酸的聚合物前驅體溶液混合并原位合成聚合物、再濃鹽酸浸漬、清洗、干燥，獲得硅基負極材料；還原金屬為鋰、鎂、鋁的一種；導電惰性金屬為銅、銀和鎢的一種；聚合物為聚苯胺、聚吡咯的一種；還原金屬與硅粉的摩爾比為0.05?3；導電惰性金屬與硅粉的摩爾比為0.01?0.1；聚合物前驅體與硅粉的摩爾比為0.02?0.4；鐵鹽為氯化鐵、溴化鐵、硝酸鐵、磷酸鐵、硫酸鐵的一種；鐵鹽與聚合物前驅體前驅體的摩爾比為0.5?2；該硅基負極材料具有很好的電化學性能，在電池領域具有很好的應用前景。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料領域，具體涉及一種原位合成導電金屬/硅/聚合物基負極材料的制備方法。

背景技術

硅材料電化學容量4200mAh/g,是非常有應用前景的鋰離子負極材料。但硅由于本身的導電性差，影響了其電化學性能；另外，鋰離子在充電過程中形成合金，導致體積膨脹，而在放電過程中，鋰離子從鋰硅合金中脫出，導致體積收縮；硅在充放電過程中體積變化促使硅粉從電極表面脫落，導致硅負極的循環性能差。解決硅的導電性差和在充放電過程中的體積膨脹問題，是目前科研人員亟待解決的關鍵問題。

硅合金化、多孔結構和納米化是過去科研人員一直致力于硅單質改性的常用方法，能一定程度降低體積效應對硅充放電循環性能的影響；但體積效應還是存在，而且硅導電性差的問題未解決；難以保證硅的電化學性能達到商業化應用要求。近年來，科研人員在核殼結構、三明治結構設計方面做了大量工作，如C/Si/C,PANI/Si，Si/C,MS-G@C等，借助硅顆粒表面包覆，有效減少硅顆粒粉化而從電極表面脫落。

發明內容

本發明目的在于提供一種原位合成導電金屬/硅/聚合物基負極材料的制備方法，克服現有制備技術的缺陷，提高硅負極材料的電化學性能。為實現上述發明目的，本發明的技術方案是：以還原金屬、導電惰性金屬和硅粉為原料；氬氣氣氛高溫燒結，粉碎、再與鐵鹽機械球磨、再與鹽酸的聚合物前驅體溶液混合并原位合成聚合物、再濃鹽酸浸漬、清洗、干燥，獲得硅基負極材料；還原金屬為鋰、鎂、鋁的一種；導電惰性金屬為銅、銀和鎢的一種；聚合物為聚苯胺、聚吡咯的一種；還原金屬與硅粉的摩爾比為0.05-4；導電惰性金屬與硅粉的摩爾比為0.01-0.1；聚合物前驅體與硅粉的摩爾比為0.02-0.4；鐵鹽為氯化鐵、溴化鐵、硝酸鐵、磷酸鐵、硫酸鐵的一種；鐵鹽與聚合物前驅體前驅體的摩爾比為0.5-2；一種原位合成導電惰性金屬/硅/聚合物基負極的制備方法，包括：

1)稱量一定摩爾的還原金屬、硅粉和導電惰性金屬、氬氣氣氛，機械球磨5-20h；

2)將步驟1)產物壓片、在氬氣氣氛下加熱到200-800℃，恒溫5-20h；

3)將步驟2)產物粉碎、再與鐵鹽機械球磨1-20h；

4)將步驟3)產物投入鹽酸的聚合物前驅體溶液，冰水混合物恒溫1-50h；

5)將步驟4)固體產物濃鹽酸浸漬1-20h；再分離、固體產物水清洗、酒精清洗，干燥，獲得導電惰性金屬/硅/聚合物基負極材料。

本專利申請采用導電惰性金屬與還原金屬協同與硅形成合金；在硅合金腐蝕產氫過程中原位包覆聚合物，再進一步通過酸清洗雜質，合成多空穴的導電金屬/硅/聚合物負極材料。與其它硅負極材料相比，本發明專利具有如下優點：

1)本發明硅負極材料工藝簡單、操作方便，有利于工業化生產。

2)本發明設計硅合金腐蝕產氫與原位包覆聚合物同時進行，有利于形成多孔結構的導電惰性金屬/硅/聚合物負極材料，有利于緩沖硅負極在充放電過程中體積膨脹。

3)本發明設計導電惰性金屬/硅/聚合物，導電惰性金屬和聚合物具有很好的導電性，提高硅負極的導電性。