[發明專利]鋰離子電池C@Cu@Si復合多孔負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202210059533.1
• 申請日: 2022-01-19
• 公開（公告）號: CN114335490A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 楚曉婉;宋俊;蔣明杰;張琦;陳宇慧;張若琳
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張真真

本發明公開了一種鋰離子電池C@Cu@Si復合多孔負極材料的制備方法，將硅粉和銅粉研磨復合，得到銅硅復合粉末；將瀝青粉、去離子水、四氫呋喃經磁力攪拌得到均勻的混合溶液；建立冷噴涂系統，以銅箔為基板，送粉器外部配置壓力平衡裝置，霧化器的輸出端連接于拉瓦爾噴管擴張段；采用雙送粉方式，將銅硅復合粉末通入送粉器，將混合溶液通過注射泵充入霧化器，銅硅復合粉末經高溫高壓氣流攜帶進入噴管，與霧化器霧化后的液滴相撞并被其包裹，一同高速撞擊至基板表面實現沉積得到復合涂層；將復合涂層干燥處理后進行碳化，得到鋰離子電池C@Cu@Si復合多孔負極材料，本發明碳銅硅三者的雙層包覆結構可以有效緩解硅基負極的體積膨脹問題。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，具體涉及一種鋰離子電池C@Cu@Si復合多孔負極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池因其比容量高、循環壽命長等優點被大量使用在手機、無人機等便捷智能產品領域，同樣隨著便捷式儲能設備的出現和普及，鋰離子電池的商用需求量越來越大。

由于理論容量過小，傳統石墨負極已經不能滿足現有鋰離子電池的商用需求。硅材料因其自身的高比容量（3580mAh/g）才得以在眾多替代材料中獲得關注。

硅單質的提取技術在工業中早已成熟，然而利用硅作為鋰離子電池負極，電池在工作即鋰離子嵌入和脫出的過程中，出現巨大的體積變化，劇烈的體積膨脹會造成負極內部產生較大的應力，最終部分電極材料粉化導致電池失效；另外，每一循環過程中硅不斷出現的體積膨脹會使電極內部無法形成穩定均勻的SEI膜，之后會出現破裂，繼而不斷有新的SEI膜生成，直到電解液消耗完畢同樣導致電池失效。

國內外研究人員針對鋰離子硅基負極的缺陷做了大量研究，比如針對材料本身，將顆粒納米化、碳包覆、與碳材料或非金屬材料復合等方式；針對材料以外，研發新型粘接劑，改善電解質組成，涂覆集流體等方式。

高能球磨法不同于傳統復合工藝，其具有反應溫度低、粉體粒徑均勻、適合批量生產等優點，可制備化學方法或者高溫方法不能制備的超細復合粉體。

冷氣體動力噴涂（冷噴涂）技術是近幾年發展起來的表面沉積技術，噴涂粉末由送粉器送入拉法爾噴管中，經超音速氣流加速后高速撞擊到基板上，產生劇烈的塑性變形，沉積至基板形成涂層。

霧化是通過特殊裝置將液體分散成眾多微小液滴的技術。液體通過高速氣流或者壓力噴嘴，呈霧狀噴射而出。

目前所采用的硅碳復合，硅銅復合等制備方案，存在諸如生產成本高、效率低，結合強度低，過程復雜，不利于規模化生產等不足。

如申請號CN201610164963.4的中國發明專利，本發明公開了一種多孔硅-碳復合材料的制備方法，具體為：將硅化鎂粉末置于CO2/Ar混合氣氛下，在700～900℃下進行熱處理，再經酸洗及后處理得到所述的多孔硅-碳復合材料；所述的CO2/Ar混合氣氛中，CO2的體積分數為10～90％。該方案熱處理時間約為10～20h，酸洗采用濃度為0.5～5mol/L的鹽酸，處理時間為2～10h，此外還包括水洗、產物離心及真空干燥等過程，整個方案過程復雜，所需設備較多，耗時耗能，成本較高，顯然不利于工業化生產。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種鋰離子電池C@Cu@Si復合多孔負極材料的制備方法，本發明選擇將冷噴涂、霧化兩種工藝結合，采用特殊的雙送粉系統制備鋰離子電池硅基復合負極。采用一系列物理方法構造多孔結構，為鋰離子電池硅基負極的體積膨脹提供可容納的空間的同時增強導電性。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種鋰離子電池C@Cu@Si復合多孔負極材料的制備方法，包括下述步驟：

（1）將硅粉和銅粉按比例混合后采用高能球磨法進行研磨復合，得到銅硅復合粉末；

（2）將瀝青粉、去離子水、四氫呋喃按比例混合，經磁力攪拌得到均勻的混合溶液；