[发明专利]一种低温等离子体技术制备氟改性硅负极的方法

说明书

本发明公开了一种低温等离子体技术制备氟改性硅负极的方法，该方法包括以下步骤：制备硅负极，将硅材料、粘结剂、导电剂混合搅拌均匀，涂布在铜箔表面并烘干成硅极片，然后将所得硅极片放低温等离子设备中腔中，以一定气流速度通入四氟化碳气体，并调节低温等离子设备电压电流大小，处理一定时间后得到氟改性硅负极。本发明的制备方法简化了硅负极改性工艺过程，降低了加工成本，减少了环境污染，到达了节能减排的目的，具有工业化前景。该方法制备的氟改性硅负极具有较好的首圈库伦效率和循环稳定性，可满足动力电池的需求。

技术领域

本发明涉及锂离子电池硅负极材料和电化学技术领域，涉及一种低温等离子体技术制备氟改性硅负极的方法。

背景技术

便携式电子产品、电动汽车和储能电站等一系列新技术领域迫切要求提升锂离子电池的能量密度。石墨作为传统的锂离子电池负极材料，其理论比容量只有372mA h g^-1，严重制约了整个电池能量密度的提升。因此，研究开发新型高比容量锂离子电池负极材料至关重要。硅拥有最高的理论比容量(4200mA h g^-1)、较低的电压平台、丰富的储量，成为下一代锂离子电池负极最佳候选者之一。但是硅在电池循环过程中剧烈的体积变化会导致电极粉化，造成容量的快速下降；同时，还会导致材料表面的固体电解质界面膜(SEI)不断破坏－重构，造成持续的锂离子/电解液损耗及内阻增加，从而限制了其实际应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种低温等离子体技术制备氟改性硅负极的方法，其技术方案如下：

一种低温等离子体技术制备氟改性硅负极的方法，步骤如下：

1.制备硅负极：将硅材料、粘结剂、导电剂按一定比例混合搅拌均匀，并涂布在铜箔表面，在80-180℃条件下真空烘干成极片备用。

2.设置参数：将所得硅极片放低温等离子设备中腔中，以一定气流速度(1-200ml/min)通入含四氟化碳的气体于低温等离子体设备，预通气1-10min将管内空气排尽。打开低温等离子体设备开关，调节设备电压电流大小，优选电压为10-150V，电流为0.3-1.0A，频率为3-20kHZ。

3.改性处理：按照上述参数进行条件设置，待频率为20kHZ时开始处理，处理时间为1秒至10分钟较佳，此时气流泛紫红光，被激发的等离子开始轰击硅极片并发生掺杂作用，得到氟改性硅极片。

上述制备硅负极的所需的硅材料、粘结剂、导电剂可以选择现有常用的原材料。如硅材料可以为纳米硅、碳包覆硅材料、金属包覆硅材料等，粘结剂可以为聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素等，导电剂可以为导电炭黑、碳纳米管等。

本发明的有益效果为：

本发明通过低温等离子体技术在一定电压条件下轰击处理四氟化碳气体一定时长，达到在硅基负极表面产生均匀孔隙结构和引入含氟极性基团的目的，能为长循环后的锂离子提供有效通过途径，增强粘结剂与硅颗粒的黏结强度，有效保持电极结构的完整性。且利于在电极-电解液界面构建稳定的SEI，提高硅负极的首圈库伦效率和循环稳定性，以满足动力电池的需求。此外，这种制备方法简化了硅负极改性工艺过程，降低了加工成本，减少了环境污染，到达了节能减排的目的，具有工业化前景。

附图说明:

图1为利用实施例1-3和对比例1的硅极片组装的扣式半电池首圈电压容量图。

图2为利用实施例1-3和对比例1的硅极片组装的扣式半电池0.2C充放电循环测试图。

图3为利用实施例4-6和对比例2的硅极片组装的高载量扣式半电池1500mAh恒容测试容量保持图。

图4为利用实施例2和7-8的硅极片组装的扣式半电池0.2C充放电循环测试图。

具体实施方式：