[发明专利]一种硅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材料的制备方法，具体涉及一种硅电极复合材料的制备方法。

背景技术

随着更小、更轻和更高性能的电子和通讯设备的迅速发展，作为电子和通讯设备不可或缺的锂离子电池，对其性能尤其对比能量提出了越来越高的要求。负极是决定锂离子电池电化学性能、安全和成本的重要因素。常规的负极材料石墨具有372mAh/g的比容量，已经无法满足需求，因而发展推广新型负极材料势在必行。硅具有4200mAh/g的理论储锂容量，储量丰富，成本低，对环境无污染等优点，是一种非常有应用前景的锂离子电池负极材料。目前广泛开发的硅/碳、硅合金、硅/聚合物等体系，显示优异的电化学性能。发明专利1(丁显波，慈立杰，夏进阳等)一种锂离子电池负极材料及其制备方法和应用，申请号：201401825088)采用碳材料为核，硅颗粒为壳，再包覆氧化层，一定程度缓解了硅负极材料膨胀导致的电池容量快速衰减问题。发明专利2(王海波，吴曲勇。一种具有多级结构的硅-石墨烯球状复合材料的原位固相合成方法及其应用。申请号：20141010509)采用有机糖和无机过渡金属盐为碳源和金属前驱物，与纳米硅混合，高温加热，制备纳米精细结构的球状微米级颗粒，该材料克服了硅导电性差以及循环过程中体积膨胀问题。显然，采用导电性材料如碳、金属等与硅复合，一定程度改善改善硅表层的导电性，而对硅电极的内部导电性作用不大。所以该类技术要求所用的硅纳米颗粒尺寸足够小，这无形增加了硅负极材料的制备成本。镁热还原氧化硅是多孔硅常用的制备技术。原材料镁和氧化硅成本低、氧化硅颗粒尺寸和微观形貌控制技术成熟，通过镁热还原，进一步控制硅的尺寸和形貌，而且制备的多孔硅可进一步处理获得性能优异的电极材料。Jae-HunJeong(Jae-HunJeong，Kwang-HyunKim，Dong-WonJung，etal.High-performancecharacteristicsofsiliconinverseopalsynthesizedbysimplemagnesiumreductionasanodesforlithium-ionbatteries.JPowerSources，2015，30，182-189)采用化学法合成多孔结构的氧化硅，然后镁热还原获得多孔硅，再进一步混合碳制备硅/碳复合材料。该材料具有很好的电化学性能，并有效解决硅在循环过程中的体积膨胀问题。但是，镁单质的熔点高(650℃)，镁热还原需要高温进行，需要消耗大量的热量且对设备材质提出更高要求。这无形中增加了硅电极材料的制备成本。

发明内容

本发明目的在于提供一种硅电极复合材料的制备方法，克服现有制备技术的缺陷，提高硅电极材料的循环寿命。为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：该复合材料以碱土金属合金粉和氧化硅粉为原料，机械混合、高温还原、聚合物沉积、高温热处理，获得硅电极复合材料；碱土金属合金为镁镍合金、镁锡合金、镁铜合金、镁银合金、镁铁合金、钙镍合金、钙锡合金、钙铜合金、钙银合金、钙铁合金、锶锡合金、锶镍合金、锶铜合金、锶银合金、锶铁合金的一种；合金中碱土金属与另外一种金属的摩尔比为(2～10)∶1；碱土金属与氧化硅的摩尔比为(2～3)∶1；聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚苯乙烯的一种，聚合物与硅的质量比为1∶(5～20)；硅电极复合材料的制备方法包括如下步骤：

1)称量一定质量的碱土金属合金粉和氧化硅粉，惰性气氛保护，机械混合1～20h，控制转速300-600转/分钟；

2)将步骤1)产物惰性气氛500～900℃惰性气氛热还原2～10h；

3)将步骤2)产物浸入盐酸，反应2～40h，再过滤、洗涤、烘干；其中，碱土金属与盐酸的摩尔比为1∶(2～2.2)；

4)将步骤3)产物分散到乙醇中，加入聚合物前驱体，搅拌2～5h；滴加过硫酸物，控制反应温度0～10℃，反应4～20h；

5)将步骤4)产物离心分离、洗涤、烘干，惰性气氛300～600℃搁置2～10h；获得硅电极合材料。

本发明提供的硅电极复合材料的制备方法，与其它硅负极材料制备方法相比，具有如下优点：

1)本发明工艺简单、操作方便，有利于工业化生产；

2)采用碱土金属合金替代碱土金属，可降低碱土金属的熔点，减少热消耗；

3)采用碱土金属合金与氧化硅反应，再除去碱土金属，实现其它金属均匀分散在多孔硅表面；

4)碱土金属合金中另一元素锡、铜、镍、铁、银，具有很好的导电性，可改善硅电极的导电性；