[发明专利]一种硅基合金材料及其制备的锂离子电池负极材料

说明书

本发明属于有色金属加工技术领域，具体涉及一种刻蚀法制备的硅基合金材料，并进一步公开其制备方法，以及其制备锂离子电池负极材料的用途。本发明所述硅基合金材料，以金属掺杂的硅铝多元合金材料为制备原料，采用刻蚀的方式进行制备，该方法基于硅、铝与其他金属比较容易互溶或形成金属间化合物，在较低的温度下熔炼或粉末冶金等方法形成SiAlX三元或多元合金；并以此通过酸或碱进行刻蚀铝硅合金，以去除铝硅多元合金中全部或部分铝，得到硅基合金材料。本发明所得到的硅基合金材料具有高容量、长寿命、高导电性特点，可直接作为电池的负极材料，也可进一步与碳或其他材料复合作为锂离子电池负极材料，同时也可应用于电子、半导体等领域。

技术领域

本发明属于有色金属加工技术领域，具体涉及一种刻蚀法制备的硅基合金材料，并进一步公开其制备方法，以及其制备锂离子电池负极材料的用途。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池即充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间往复移动来工作。在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：而充电时，Li⁺则从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，使负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池因其环境相容性好、循环寿命长、自放电率低的优势，已发展成为最常用的储能设备，广泛的应用在便携式设备和电动汽车上。

已有研究表明，锂离子电池能否成功应用，关键在于能否可逆的嵌入和脱嵌锂离子的负极材料，因此，负极材料是锂离子电池的主要组成部分，而负极材料的性能更是直接影响了锂离子电池的性能。硅作为锂离子电池的常见负极材料，具有环境友好、天然储量丰富(地球上含量第二)的优点，硅基负极材料由于具有高容量成为高能量密度锂离子电池的重要方向，并在制备锂离子电池负极材料上也具有广阔的应用前景。

目前，电池用硅负极材料的生产主要包括气相法、CVD、等离子体技术、机械球磨法、熔融电解和还原纳米尺寸SiO_x等方法，但普遍存在投资大、成本高、生产效率低、能耗高、污染大、杂质多等缺点。如现有技术中通过球磨和热解合成技术制备的硅颗粒，具有易于大规模生产、低成本、易混合等优点。

另外，硅材料导电率低、体积膨胀率高、循环寿命较差的特性也限制了其产品应用。文献报道和试验表明，通过在硅材料中添加金属是改善其性能的重要途径。如硅与其他金属形成的硅基合金材料可以有效缓解材料在嵌脱锂过程中的内应力，并提高材料的电导率，有利于提升作为锂离子负极材料应用性能。Tugrul Cetinkaya等人采用电化学沉积法制备核壳结构的硅铜复合材料(Powder Technology,2014(253):63-69)；Hun-Joon Sohn等人将硅与铜有机盐通过高温分解制备硅铜复合材料(Journal of Power Sources 161(2006)1319-1323)；X.G.Li等采用氢等离子体金属反应制备Si-Ni合金作为锂离子电池负极材料(Materials Chemistry and Physics,2006(100):92-97)；Deren Yang等采用气相沉积和溅射法在泡沫镍基体上生长Ni3Si2-Si纳米线(Electrochemistry Communications2011(13):1443-1446)。但上述方法中，一方面较难实现规模化的工业生产，而且制得的硅基合金材料中，硅和金属的分布也较难调控，尤其是硅基合金材料的尺寸和分散性能并不理想。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种刻蚀法制备的硅基合金材料，并进一步公开其制备方法；

本申请所要解决的第二个技术问题在于提供由上述硅基合金材料制备的锂离子电池负极材料。

为解决上述技术问题，本发明所述的一种硅基合金材料的制备方法，所述方法以硅铝多元合金材料为原料，在溶剂存在下，通过加入酸或碱对所述硅铝多元合金进行酸化刻蚀或碱化刻蚀反应，以去除所述硅铝合金中全部或部分铝元素，制得所需硅基合金材料；

所述硅铝多元合金材料的元素组成为AlSiX；其中，