[发明专利]电极复合材料以及电极复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极复合材料，尤其涉及一种含有硅和银的电极复合材料。

本发明还涉及一种电极复合材料的制备方法。

背景技术

人类对新能源的广泛运用，导致对大容量二次电池的需求迅速增加，如：航空航天、医疗器械、手持电子产品、电动汽车领域均要求具有大重量比容量以及或体积比容量的电池。锂离子电池技术的发展部分满足了市场的要求，但是对于更高容量电池的需求从未停止。锂离子电池采用石墨碳作为负极的理论比容量仅有372mAhg^-1。

因此，人们一直致力于研究具有较高储锂容量的负极材料来取代锂离子电池碳基负极材料。从能量容量角度来看，单质硅重量比容量为3500mAhg^-1，体积比容量为8500AhL^-1而远高于其他金属、非金属材料。然而，由于硅电子导电率较低，同时电池充电时在负极会生成多相态的Li_xSi_y产物，如：Li₁₂S_i7、Li₇Si₃、Li₁₃Si₄、Li₂₁Si₅使得负极体积发生变化，负极体积的变化给负极材料造成压力，导致材料反应物颗粒粉化并从负极集流体脱落，严重影响电池的循环性能，也阻碍的硅材料作为锂离子电池负极材料的应用。因此，许多研究围绕减轻负极硅材料的粉化以及提高硅材料的结构稳定性展开。

WO2010129910A2中提供了一种通过蒸汽-液体-固体法制备的负极，负极包括负极集流体以及竖直地形成在负极集流体表面的硅纳米线，硅纳米线依附在负极集流体表面，因此不需要额外的导电剂和粘结剂。由于硅纳米线尺寸较小，能够承受充放电过程中的体积变化而不会粉化，负极呈现较好的电化学性能。但是，此发明中还是存在一些弊端：蒸汽-液体-固体法中涉及的气体试剂对人体很危险同时还很昂贵，在负极集流体上形成硅纳米线的过程中需要贵金属金来催化。

发明内容

本发明提供一种电化学性能好、加工工艺简单、易于产业化的电极复合材料的制备方法。

本发明提供了一种电极复合材料的制备方法，所述电极复合材料包括硅和银，所述银包覆在所述硅上，所述制备方法包括如下步骤：

将反应原料置入反应容器中，所述反应原料包括氟硅酸盐和作为还原剂的金属，或金属镁和二氧化硅，向所述反应容器中插入电极，所述电极包括正极和负极，在所述正极和负极之间施加电压；在保护气体氛围下加热并搅拌所述反应原料，持续加热所述反应原料至第一温度后，保温预定时间，冷却得到还原产物，将所述还原产物洗涤并干燥，得到所述硅；将所述硅通过银镜反应处理获得所述电极复合材料。

优选的，施加在所述正极和负极之间的电压范围为2-12V。

优选的，所述正极为硅片或石墨，所述负极为硅片。

优选的，所述第一温度范围为140-200℃。

优选的，所述硅占所述电极复合材料的重量百分比的范围为70-95%。

优选的，所述硅酸盐与金属的重量比范围为2.8:1至4:1。

优选的，所述氟硅酸盐选自氟硅酸钾或氟硅酸钠。

优选的，所述金属选自钾或钠。

优选的，将所述硅进行化学腐蚀或机械粗糙处理获得多孔结构。

优选的，所述干燥为真空干燥或冷冻干燥。

优选的，所述保护气体选自氩气或氮气。

优选的，所述银镜反应的步骤为：向含有硝酸银的水溶液中加入氨水，使所述水溶液的pH值的范围为8-10，加入所述硅、5%的甲醛，搅拌0.5-3小时后，过滤反应产物，将过滤后的反应产物烘干，得到所述电极复合材料。

本发明还提供了一种电极复合材料，所述电极复合材料包括硅和银，所述硅以颗粒形式存在，颗粒尺寸范围为1-20微米，所述银包覆在所述硅的表面。

本发明还提供了一种负极，包括如上所述的电极复合材料。

本发明还提供了一种电池，包括正极、负极、电解质和集流体，所述电解质设于所述正极和负极之间，所述负极包括如上所述的电极复合材料。

本发明提供的一种电极复合材料，包括硅和银，硅具有较高的纯度，另外，在硅的表面进一步包覆纳米结构的银使得电极复合材料的导电性能得到提高，本发明还提供了制备这种电极复合材料的方法，制备方法工艺简单，条件容易控制，制备所得的电极复合材料具有良好的电化学性能，制作过程具备工业化前景。