[发明专利]一种Si基复合负极材料及其锂电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明提出了一种简单的Cu_xO包覆的纳米Si复合负极材料及其锂电池的制备方法，通过简单的水解反应，在纳米Si颗粒表面形成均匀的Cu_xO包覆层，并通过与粘结剂导电剂混合，制备锂离子电池复合负极材料。特别说明了Cu_xO包覆的纳米Si复合负极材料的制备方法。

背景技术

随着信息产业和新能源汽车等的快速发展，对高比能量、高比功率、长寿命、低成本的需求已经越来越迫切。锂离子电池由于其众多的优点，成为二次能源领域备受关注的主角。材料技术的发展是锂离子电池性能进一步提升的重中之重。Si基材料作为锂离子电池负极材料，与锂可形成Li₂₂Si₅合金，具有高容量(最高达到4200mAhg^-1)是现在普遍应用的石墨材料的十倍之多。并且其具有较低的脱嵌锂电位(约0.1-0.3VvsLi/Li⁺)，与电解液的反应活性低，并且成本较低，可以提供很长的放电平台等优点(JournalofPowerSources，163，1003，2007.)。但是，由于充电过程中Si材料会发生巨大的体积膨胀(～300％)，这将导致电极材料间及电极材料与集流体的分离，进而失去电接触，从而造成容量迅速衰减，循环性能迅速恶化(JournalofTheElectrochemicalSociety，154，A444，2007.)。人们已经使用各种方法来解决Si材料在充放电过程中的体积变化问题，如采取纳米级材料(PhysicaStatusSolid-RapidResearchLetters，4，4，2010.)以缓解尺寸效应，或者用复合结构来保护Si材料(JournalofPhysicalChemol/ListryC，111，11131，2007andElectrochimicaActa，71，201，2012.)等。由于纳米尺寸的Si颗粒具有较高的表面活性，因此颗粒间易发生团聚，而本身对于体积效应只是起到一定的缓解作用，并不能从实质上解决(ChineseScienceBulletin，57，4104，2012.)。

发明内容

本发明目的在于提供一种用Cu_xO包覆的纳米Si复合负极材料及其锂电池的制备方法。该方法制备工艺简单，成本低，易于实现，电池循环性能良好。

根据本发明一方面，其提供了一种基于Cu_xO包覆的纳米Si基复合负极材料的锂电池制备方法，包括如下步骤：

步骤1：配制弱酸和相对应的弱酸盐的混合水解溶液，加入铜源并超声溶解；

步骤2：加入预处理的纳米Si颗粒，水浴加热条件下反应一段时间，并离心清洗，干燥得到Si基复合负极材料；

步骤3：按照一定比例将Si基复合负极材料与粘结剂和导电剂均匀混合得到浆料；

步骤4：将制得的浆料以一定厚度涂覆在集流体上，一定温度下干燥一定时间，制成电极片，并进行锂电池组装。

根据本发明另一方面，其提供了一种Cu_xO包覆的纳米Si基复合负极材料的制备方法，所述Si基复合负极材料用于制备锂电池，所述方法包括：

步骤1：配制弱酸和相对应的弱酸盐的混合水解溶液，加入铜源并超声溶解；

步骤2：加入预处理的纳米Si颗粒，水浴加热条件下反应一段时间，并离心清洗，干燥得到Si基复合负极材料。

本发明提出用HF预处理纳米Si颗粒，并在酸性条件下进行水解反应，形成纳米尺寸的Cu_xO包覆的纳米Si颗粒并用作锂离子电池负极材料的复合材料制备方法。本发明提出的上述制备方法，通过简单的预处理和水解反应将具有良好的导电性和弹性的Cu_xO均匀包覆在纳米Si颗粒表面，从而进一步缓解材料循环过程中的体积膨胀、提高纳米Si颗粒间的导电性并防止Si颗粒与电解液间副反应的发生。

附图说明

为了说明本发明的具体技术内容，以下结合图示详细说明，其中：

图1是Cu_xO包覆的纳米Si复合负极及其锂电池的制备方法流程图；

图2是未处理的Si、HF处理的Si和Cu_xO包覆的Si复合材料的TEM图以及对应的EDS；

图3是Cu_xO包覆的纳米Si复合电极和未处理的Si电极组装电池后的充放电循环特性对比图。

具体实施方式