[发明专利]锂离子电池用多孔一氧化硅负极材料的制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池用多孔一氧化硅负极材料的制备方法。将一氧化硅与氢氧化钠混合后压制成片状，得到片状复合材料；片状复合材料进行热处理，得到产物；产物粉碎后在去离子水中搅拌，经水洗、醇洗、干燥后，得到锂离子电池用多孔一氧化硅负极材料。本发明使用氢氧化钠与一氧化硅压制成片后，增强氢氧化钠与一氧化硅的接触面积，便于两者之间的反应；之后进行加热反应，可实现一次成型，简化生产过程，合成工艺简单，热处理温度低，并且所获得的多孔结构可以有效的缓解在充放电过程中较大的体积膨胀/收缩，具有优异的工业化前景。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池用多孔一氧化硅负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池（LIBs）因具有高的能量密度、长的循环寿命以及绿色无污染等特点，目前已广泛应用在我们的日常生活中。但随着新能源汽车等领域的发展，传统的石墨（372mAhg^-1）作为锂离子电池负极材料已满足不了人们对高能量密度电池的需求。硅以及硅的氧化物（SiO_x，0x2）因具有较高的理论比容量、储量丰富等优点，引起研究者们的关注。但硅材料在嵌脱锂时会产生较大的体积膨胀/收缩，使活性物质破碎、粉化，以及活性物质和集流体之间发生分离脱落，造成容量的快速衰退。此外，较大的体积膨胀也会使电极无法生成稳定的固态电解质界面（SEI）膜，不可逆的消耗锂离子，导致电极的首次库伦效率（ICE）很低。

中国专利CN 102447112A公开一种硅碳复合材料及其制备方法及含有该硅碳复合材料的负极材料和锂离子电池，该硅碳复合材料包括空心多孔碳球包覆纳米硅颗粒，且硅碳复合材料中纳米硅颗粒的粒径为5-80nm，其中纳米硅含量为10-90wt％。硅碳复合材料的制备方法包括以下步骤：(1) 配制聚合物溶液：将高分子聚合物溶解于溶剂中，得1-20wt％的聚合物溶液；(2) 一氧化硅与聚合物混合均匀：将一氧化硅与步骤(1) 所得的聚合物溶液按比例混合，充分分散，再除去溶剂，得聚合物包覆一氧化硅的复合材料；(3) 高温进行碳化和歧化反应：在保护气氛下对步骤(2) 所得的聚合物包覆一氧化硅的复合材料进行加热，使高分子聚合物发生碳化反应，一氧化硅发生歧化反应，得到多孔碳球包覆二氧化硅/纳米硅的复合材料；(4) 腐蚀除二氧化硅：将步骤(3) 所得的多孔碳球包覆二氧化硅/纳米硅的复合材料与腐蚀液按质量比1∶5-1∶100 混合，搅拌0.5-24小时后分离得硅碳复合材料。此专利以歧化反应后的二氧化硅作为模板剂来制备多孔碳球，歧化的程度不易控制，因而产生的二氧化硅的量无法准确控制，在腐蚀除二氧化硅的同时需要精确把握反应时间等因素，否则易将硅也腐蚀掉。

中国专利CN 103413922A公开一种锂离子电池负极材料及其制备方法，该负极材料包括具有一次粒子20~100nm、比表面积为50~170m²/g构成的硅负极材料SiO_x，其中，0＜x＜0.1。其制备方法是一氧化硅于惰性气氛中在800~1100℃恒温下反应，反应完毕冷却至室温经过酸或碱处理除杂，洗涤干燥得到硅颗粒，该硅颗粒在惰性气氛中碳包覆后冷却至室温得到。此专利中采用800~1100℃高温下反应会消耗较多的能源，增加生产成本。

一氧化硅因在嵌锂时会生成Li₂O、锂硅酸盐，可以作为缓冲介质缓解部分的体积膨胀，但其膨胀仍高达200%，仍会造成容量的快速衰退，影响了其商业化进程。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池用多孔一氧化硅负极材料的制备方法，合成工艺简单，制得的锂离子电池用多孔一氧化硅负极材料具有良好的循环稳定性和较小的体积膨胀。

本发明所述的锂离子电池用多孔一氧化硅负极材料的制备方法是将一氧化硅与氢氧化钠混合后压制成片状，得到片状复合材料；片状复合材料进行热处理，得到产物；产物粉碎后在去离子水中搅拌，经水洗、醇洗、干燥后，得到锂离子电池用多孔一氧化硅负极材料。

所述的一氧化硅与氢氧化钠的质量比为1.5-3:1。