[发明专利]一种新型锂电池负极材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型锂电池负极材料制备技术，属于新材料技术与纳米材料领域。

背景技术

电子信息时代使对移动电源的需求快速增长。由于锂离子电池具有高电压、高容量的重要优点，且循环寿命长、安全性能好，使其在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有广阔的应用前景，成为近几年广为关注的研究热点。锂离子电池作为一种化学电源，指分别用两个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。当电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之。锂离子电池是物理学、材料科学和化学等学科研究的结晶。锂离子电池所涉及的物理机理，目前是以固体物理中嵌入物理来解释的，嵌入(intercalation)是指可移动的客体粒子(分子、原子、离子)可逆地嵌入到具有合适尺寸的主体晶格中的网络空格点上。电子输运锂离子电池的正极和负极材料都是离子和电子的混合导体嵌入化合物。电子只能在正极和负极材料中运动。控制锂离子电池性能的关键材料——电池中正负极活性材料是这一技术的关键，这是国内外研究人员的共识。

硅可部分重复地、在低电压(相对于锂)下进行储锂反应，能提供比石墨大得多的比容量，Li_4.4Si理论比容量可达到4200mAh/g。但是锂的嵌入会导致硅体积发生巨大的变化，产生的应力致使硅电极断裂破碎，电阻增大，存储电荷的能力骤降。尽管在合金化反应中这种结构的变化很正常的，但人们必须努力去降低这一效应以保持电极的完整性。

我们发明的金属催化硅腐蚀制备的纳米硅具备粗糙的表面微观结构[参见：中国专利CN1382626；中国专利申请号2005100117533；中国专利申请号CN200810084205.7；KuiqingPeng，Mingliang Zhang，Aijiang Lu，NingBew Wong，Ruiqin Zhang，Shuit-Tong Lee.Ordered Sinanowire arrays via Nanosphere Lithography and Metal-induced etching.Applied Physics Letters2007，90，163123]，同时这种纳米硅具有优异的导电性能。采用这种方法制备的纳米硅作为锂电池负极材料有可以硅体积的巨大变化，同时可以使电池的贮电量大大提高。

发明内容

本发明提出的锂电池负极材料制备技术，其特征在于：所述方法依次按如下步骤进行：

1)将硅片依次经过丙酮超声清洗，酒精振荡清洗，去离子水清洗，用沸腾的酸性清洗液(H₂SO₄∶H₂O₂＝4∶1(V/V)，硫酸浓度为98％，双氧水浓度为35％)清洗30-60分钟，最后用去离子水漂洗3-5次。

2)利用真空热蒸发技术在步骤(1)得到的清洁硅表面沉积20-80nm厚的银(或金)膜，将沉积有的Ag膜的硅片浸入含有HF+H₂O₂+H₂O(也可以利用Fe(NO₃)₃等氧化剂替换腐蚀液中的H₂O₂)的密闭容器中，室温-80摄氏度之间处理4-180分钟，随后将得到的样品在浓硝酸溶液里面浸泡至少一个小时去掉硅微纳米结构样品表面残留的银后，即可获得纳米硅锂电池负极材料；

3)利用化学镀技术在步骤(1)得到的清洁硅表面沉积20-80nm厚的银(或金)膜，将沉积有的Ag膜的硅片浸入含有HF+H₂O₂+H₂O(也可以利用Fe(NO₃)₃等氧化剂替换腐蚀液中的H₂O₂)的密闭容器中，室温-80摄氏度之间处理4-180分钟，随后将得到的样品在浓硝酸溶液里面浸泡至少一个小时去掉硅微纳米结构样品表面残留的银后，即可获得纳米硅锂电池负极材料；