[发明专利]硅基合金负极材料的制备方法

说明书

 

技术领域

     本发明属于化学电池的制备领域，尤其涉及一种硅基合金负极材料的制备方法。

背景技术

    目前商业化的负极材料主要是石墨，其实际容量已接近理论值（372 mAh/g），不能满足高性能高容量锂离子电池，特别是高能量密度薄膜锂离子微电池的要求。另一方面，石墨类碳材料的嵌锂电位主要集中在100-0 mV (vs. Li/Li+) 范围内，非常接近金属锂的沉积电势，不利于电池的安全性。因此，制备比容量高、安全性能可靠的新型锂离子电池负极材料已成为科学研究和产业开发的重要方向。

硅是迄今为止理论容量最高（理论比容量为4212 mAh/g）的负极材料，因而也受到了广泛的研究。但硅的最大的问题是其在充放电过程中，伴随着巨大的体积变化，其体积膨胀率高达270%，硅的粉化使活性材料剥落，最终导致电极的容量大幅度下降甚至完全失效。为了使硅材料具有高容量的同时，还具有较好的循环性能，人们主要通过制备硅基复合材料、制备非晶硅材料和制备硅基合金三种方法来提高循环性能。

    硅基合金的研究主要集中在Si-M 二元合金体系，其中M 可以是惰性的金属，如Co，

Fe，Mn，Ni，V 及Zr 等在整个充放电过程中不具有嵌锂/ 脱锂活性，纯粹起支撑结构作用；也可以是能够参与锂的脱嵌反应的金属，如Sn、Ag，Ca，Mg 等，本身具有嵌锂/ 脱锂活性，但与硅的电位不同，因此它们的复合将使材料的体积膨胀发生在不同电位下，缓解由此产生的内应力，从而提高材料的循环稳定性。与纯硅相比，硅合金用作负极材料在一定程度上减弱了电极材料的体积效应，提高了循环性能。目前常用的硅合金材料有Fe-Si 合金，由于Fe、

Ni 等都是惰性元素，虽然提高了循环性能，但大大降低了负极材料比容量，因而无法满足实

用化的需要。

    因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

    一种硅基合金负极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

    （1）取高纯锂粉、硅粉和镁粉，按摩尔比例混合均匀，得混合物A；

    （2）将混合物加入到无水乙醇中，高速球磨12~16h，得混合物B；

    （3）将混合物B在105-150℃下真空烘干，即得所述的硅基合金负极材料。

优选地，步骤（1）中所述的摩尔比例为锂粉：硅粉：镁粉=22：4：（0.1~1）。

优选地，步骤（2）中所述的球磨在氮气氛中进行。

本发明的有益效果如下：

1. 本发明提供的负极材料，采用Si为主要原料，硅的储量丰富，且对环境友好，是一种很有前景的锂离子电池负极材料。

2. 本发明提供的负极材料Li+/Li 的电位平均为0.25V，与正极配对可以保证电池的高电压；本发明提供的负极材料含有Li和Si，其容量可达到4000mAhg-1，远远高于石墨负极；本发明提供的负极材料中含有非活性金属——Mg，可以为电极提供导电网络，从而提高硅与锂的电荷传递反应，以增强硅电极的电化学性能。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

     一种硅基合金负极材料，通过以下步骤制得：取高纯锂粉、硅粉和镁粉，按22：4：1的摩尔比混合均匀放入真空球磨罐，同时加入球磨控制剂无水乙醇，充入氮气作为保护气体，高能球磨15h，然后放入真空干燥箱中加热（温度控制在100-150℃）除去无水乙醇，得到所述的硅基合金负极材料。

实施例2

     一种硅基合金负极材料，通过以下步骤制得：取高纯锂粉、硅粉和镁粉，按22：4：0.5的摩尔比混合均匀放入真空球磨罐，同时加入球磨控制剂无水乙醇，充入氮气作为保护气体，高能球磨14h，然后放入真空干燥箱中加热（温度控制在100-125℃）除去无水乙醇，得到所述的硅基合金负极材料。

实施例3

     一种硅基合金负极材料，通过以下步骤制得：取高纯锂粉、硅粉和镁粉，按22：4：0.8的摩尔比混合均匀放入真空球磨罐，同时加入球磨控制剂无水乙醇，充入氮气作为保护气体，高能球磨12h，然后放入真空干燥箱中加热（温度控制在125-150℃）除去无水乙醇，得到所述的硅基合金负极材料。