[发明专利]一种硅基负极材料、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，特别涉及一种硅基负极材料、制备 方法及其应用。

背景技术

锂离子电池是一种高能蓄电池，由于其具有能量密度高、使用寿命长、循 环性能好且无记忆效应等优点，受到了越来越广泛的关注。传统锂离子电池的 负极材料为石墨。石墨的理论嵌锂容量为372mAh/g，实际已达到370mAh/g， 因此，石墨类负极材料在容量上几乎已无提升空间。近年来，各种新型的高容 量和高倍率负极材料被开发出来，其中硅基负极材料由于其高的质量比容量(硅 的理论比容量为4200mAh/g)而成为研究热点。

然而硅基负极材料在嵌脱锂过程中伴随着严重的体积膨胀与收缩，从而导 致电极上的活性物质粉化脱落，影响了活性物质和集流体之间的连接，干扰了 电子传输，最终导致容量衰减。同时，由于在脱嵌锂过程中产生的重复的体积 膨胀和收缩，使得硅基材料与电解质之间形成的SEI膜(SolidElectrolyte Interface，固体电解质界面膜)逐渐增厚。目前，有通过在硅基材料表面包覆碳 层的方法来克服硅基负极材料的比容量衰减、增强电子的传输，从而提高所得 锂离子电池的电化学性能。

在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：包 覆碳层之后的硅基负极材料与集流体之间的连接性能仍然较差，随着脱嵌锂过 程产生的剧烈的体积变化，硅基负极材料仍然会从集流体上脱落，并且使SEI 膜不断增厚。同时，包覆碳层之后的硅基材料，由于没有和集流体之间直接接 触，还导致了结电阻的形成。影响锂离子电池的性能。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明实施例提供一种与集流体连接性能好、 电子传输能力强的硅基负极材料、制备方法及其应用。

具体而言，包括以下的技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种硅基负极材料的制备方法，所述制备方 法包括以下步骤：

步骤a，利用含有第一金属离子和第二金属离子的电解液在基底表面电沉积 第一金属/第二金属合金层，所述电解液中第一金属离子和第二金属离子的摩尔 比为1:0.02～1:0.08；

步骤b，利用刻蚀剂去除所述第一金属/第二金属合金层中的第二金属，得 到多孔结构的第一金属层；

步骤c，采用化学气相沉积法在步骤b所得多孔结构的第一金属层表面沉积 纳米硅颗粒即得所述硅基负极材料。

进一步地，步骤a具体包括：将所述第一金属的可溶性盐、所述第二金属 的可溶性盐以及pH值调节剂溶于水中得到所述电解液；在室温下，将所述基底 放入所述电解液中进行电沉积，在所述基底表面形成所述第一金属/第二金属合 金层；用去离子水冲洗沉积有所述第一金属/第二金属合金层的基底，然后对冲 洗后的基底进行干燥。

进一步地，步骤b具体包括：将干燥后的表面沉积有所述第一金属/第二金 属合金层的基底放入所述刻蚀剂中，使所述第一金属/第二金属合金层中的第二 金属与所述刻蚀剂充分反应以除去第二金属；用去离子水冲洗去除所述第二金 属后的基底，然后对冲洗后的基底进行干燥。

进一步地，所述基底为不锈钢箔片，所述第一金属为镍，所述第二金属为 铜、锌或者银。

进一步地，所述第一金属的可溶性盐为硫酸镍或者硝酸镍；所述第二金属 的可溶性盐为硫酸铜、硝酸铜、氯化铜、硫酸锌、硝酸锌、氯化锌或者硝酸银。

进一步地，所述pH值调节剂为硼酸，所述电解液的pH值为4～5。

进一步地，步骤c中，用于在所述多孔结构的第一金属层表面沉积硅纳米 颗粒的前躯体为SiH₄、SiCl₄、SiHCl₃、SiH₂Cl₂或SiH₃Cl中至少一种。

进一步地，化学气相沉积的条件为：在800℃～900℃下沉积4～6小时。

第二方面，本发明实施例提供一种由本发明第一方面所述的制备方法制备 得到的硅基负极材料。

第三方面，本发明实施例提供一种本发明第二面所述的硅基负极材料在锂 离子电池中的应用。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果：