[发明专利]一种载银凹凸棒土基锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种载银凹凸棒土基锂离子电池负极材料的制备方法，首先将提纯好的凹凸棒土悬浮液倾倒于容器中，在搅拌的过程中滴加硝酸银溶液，得到共混溶液；然后将硝酸银的还原剂溶液滴加到共混溶液中并搅拌；最后将搅拌后的溶液离心，取出下层沉淀，然后将沉淀冷冻干燥，即得到载银凹凸棒土基锂离子电池负极材料。本发明以凹凸棒土为基质，通过氧化还原的方法将硝酸银溶液原位还原为银纳米颗粒，并负载到凹凸棒土纳米棒表面。由于银纳米颗粒的引入，凹凸棒土的电导率大大提升，并且抑制了凹凸棒土在充放电过程中的体积膨胀，使得该负极材料具有良好的电化学性能。本方法清洁环保、成本低廉，工艺简单，在锂离子电池领域中具有良好的前景。

技术领域

本发明涉及一种载银凹凸棒土基锂离子电池负极材料的制备方法，属于复合材料及锂离子电池技术领域。

背景技术

随着化石能源的枯竭以及新型能源的短缺，锂离子电池作为一种环境友好的二次电池，被广泛应用在小型便携设备和电动汽车(EV)领域。锂离子二次电池由于具有能够储存大量的清洁能源、高的能量密度和功率密度、长的循环寿命、高的安全性等优点，逐渐成为研究的重点。

负极材料作为锂离子电池的重要组成部分之一，决定着锂离子电池性能的好坏。目前，商业化的石墨负极材料由于其层状结构，导致了低的比容量(372mAh/g)、差的倍率性能和循环性能(参见专利《锂离子电池负极材料及其制备方法》，CN101887967A)。因此，石墨负极材料不能满足锂离子电池的高密度、大容量、高安全性和长循环寿命的特点。

为了满足这些需要，锂合金材料，如硅、锡、锗，受到了极大的关注。其中，硅具有高的理论比容量(4200mAh/g)和相对低的放电电压平台(0.4V vs Li/Li⁺)。凹凸棒土(AT)作为一种富含镁铝硅酸盐的天然无机黏土，具有良好的化学稳定性和热稳定性(参见专利《一种柔性凹凸棒土膜及其制备方法》，CN105126641A)。凹凸棒土在地球上储量丰富并且价格低廉。凹凸棒土纳米棒直径20-50nm，长度500nm-1000nm，具有大的长径比。凹凸棒土的纳米棒状多孔结构能够减小锂离子的传输路径，进一步提高电化学性能。然而，AT由于其低的导电性和脱嵌锂过程中大的体积变化(300％)，最终导致容量损失，使其不能广泛应用于锂离子电池中。目前，Sun等人利用镁热还原的方法将凹凸棒土还原成单质硅作为锂离子电池的负极材料(Physical Chemistry Chemical Physics，2016，18，1521-1525)。然而，这种方法过程复杂且需要用到具有腐蚀性的溶剂。Lan等人通过预氧化及碳化，将聚丙烯腈在凹凸棒土纳米棒表面原位转化为碳相结构，利用碳相结构来改善凹凸棒土的电化学性能(Journalof Materials Science，2018，53(3)：2054-2064)。然而，这种方法制备过程耗时且所用溶剂具有毒性。

银纳米颗粒可以降低凹凸棒土的电荷转移电阻，提高导电性，提升充放电速度，降低不可逆容量损失等(参见专利《三维多孔硅-纳米银复合材料及其制备和作为锂离子电池负极材料的应用》，CN105226244A)。因此，用银纳米颗粒修饰一维凹凸棒土纳米棒，有望提升凹凸棒土锂离子电池负极材料的电化学性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何清洁环保、成本低廉地制备载银凹凸棒土基锂离子电池负极材料，同时使制备的负极材料电化学容量相对纯凹凸棒土较高，且安全性高、库伦效率高、循环寿命长。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种载银凹凸棒土基锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，该方法由以下3个步骤组成：

步骤1：将提纯好的凹凸棒土悬浮液倾倒于容器中，在搅拌的过程中滴加硝酸银溶液，得到共混溶液；

步骤2：将硝酸银的还原剂溶液滴加到步骤1得到的共混溶液中，并搅拌；

步骤3：将步骤2中所得到的溶液离心，取出下层沉淀，然后将沉淀冷冻干燥，即得到载银凹凸棒土基锂离子电池负极材料。