[发明专利]锂离子电池光还原银修饰纳米硅负极及其制备方法

说明书

本发明公开一种锂离子电池光还原银修饰纳米硅负极及其制备方法，该方法采用光还原法制备得到银修饰硅纳米复合负极。负极由粒径200nm的纳米硅及其表面修饰的银纳米颗粒或纳米银包覆层组成，银纳米颗粒的粒径大小为5‑20nm、纳米银包覆层的厚度为10‑20nm。由于本发明方法的使用，纳米硅材料电导率和循环过程中结构稳定性都得到改善，循环及倍率性能优良，且所用硅成本低，环境友好；同时，该方法制备流程短，废水易于处理，无污染，工艺简单，可产业推广。

技术领域

本发明涉及新能源电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池光还原银修饰纳米硅负极及其制备方法。

背景技术

随着智能机器人和电动汽车的快速发展，自1991年商业化的锂离子电池目前正被用于更多的供能领域。然而，不论是能量密度还是循环性能，目前的锂离子电池都需要进一步优化。锂离子电池的能量密度可以通过提高电极的比容量、扩大工作电压来实现。硅作为储量最为丰富的元素，被认为是最有应用前景的负极材料。其拥有11倍于石墨负极的理论比容量(4200mAhg^-1)，低的放电电压和低的极化性能。

然而尽管硅负极拥有如此诸多优势，但是，其在完全嵌锂时(Li_4.4Si)会产生300％的体积变化，导致电极分化并从集流体脱落从而丧失活性，进而表现出较差的循环及倍率性能。目前针对硅负极的工作主要集中在如何有效地控制体积变化、维持稳定地SEI膜及提升材料地离子/电子电导率。

发明内容

本发明的目的是解决现有锂离子电池商业化负极比容量低、硅负极导电性及循环稳定性差的问题，提供一种锂离子电池光还原银修饰纳米硅负极及其制备方法。

为达到上述目的，本发明提出的一种锂离子电池光还原银修饰纳米硅负极由粒径200nm的纳米硅及其表面修饰的银纳米颗粒或纳米银包覆层组成，银纳米颗粒的粒径大小为5-20nm、纳米银包覆层的厚度为10-20nm。

为达到上述目的，本发明提出的制备上述锂离子电池光还原银修饰纳米硅负极的方法，包括以下步骤：

配制一定浓度的C₆H₅Na₃O₇水溶液，记为溶液A；

配制一定浓度的AgNO₃水溶液，记为溶液B；

在溶液B中加入纳米硅颗粒，磁力搅拌，记为混合物C；

开通光源，向光照的混合物C中滴加一定体积的A溶液，持续搅拌及光照，一定时间后，停止搅拌及光照，过滤，清洗得到的固体，并干燥，得到光还原银修饰纳米硅负极。

优选地，纳米硅颗粒包括粒径小于200nm的高纯硅或太阳能电池板除去EVA层后纳米化得到的复合物。

优选地，光还原的光源包括紫外光、太阳光或红外可见光。

优选地，当光还原的光源为紫外光时，波长为365nm，功率为8mW。

在本发明中，光还原得到的单质银以纳米颗粒负载在纳米硅颗粒表面或者以纳米银层包覆于纳米硅颗粒表面，纳米银颗粒的的粒径大小为5-20nm、纳米银包覆层的厚度为10-20nm。所用的纳米硅为粒径小于200nm的商业化高纯硅、或太阳能电池板除去EVA层后纳米化得到的复合物。负载在纳米硅表面的银有效提升了硅的电子电导率，促进电化学反应进行。表面银层能够稳定电极/电解液界面膜，降低活性硅的消耗，得到的复合负极比容量高、循环及倍率性能优良；同时，该方法制备流程短，废水易于处理，无污染，工艺简单，可产业推广。

附图说明

图1为光还原银修饰纳米硅颗粒扫描电镜图及元素Mapping、EDX图谱；