[发明专利]一种自支撑多孔硅合金及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种自支撑多孔硅合金及其制备方法与应用，所述方法具体包括如下步骤：将A‑B‑Si类硅合金粉为原材料，在真空条件下，将原材料在200‑1000℃的温度区间内处理，将A元素逐渐脱出，最终得到多孔的硅合金。本发明制备的是自支撑的多孔硅合金，可以直接用作电极，不需要涂敷在集流体上；所制备的多孔硅合金中，导电性高的金属均匀的复合在硅中，所以会极大地提高硅负极的导电性；所脱出的低熔沸点的物质可以回收利用，不会污染环境；真空热处理工艺稳定，易于大规模生产；所制备的多孔硅合金孔径分布均匀，并且孔的大小可以通过真空温度和时间来调控；制备方法简单、导电效率高、实用性强，易于推广。步骤简单、操作方便、实用性强。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种自支撑多孔硅合金及其制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

锂电池由于其高的比能量、自放电小、绿色环保、循环寿命长等优点，已经作为电动汽车和电池产品最有前景的电源体系。目前锂电池常用的负极主要是石墨类材料，其理论容量只有372mAh/g，这严重限制了锂电池的性能的整体提高，所以开发新型的比能量高的负极材料尤为重要。

金属硅和锂可以形成硅锂合金(Li_4.4Si)，其理论比容量达到了4212mAh/g，并且硅的储量丰富，来源广泛，是一种理想的锂电池负极材料。但是硅作为负极材料也有一些缺点：(1)价格昂贵，制备困难。通常纳米的硅通常是由高能球磨法或CVD法制得的，所用设备昂贵，产率低，成本高。(2)金属硅在储锂过程中体积膨胀，从而造成极片粉化脱落，导致电池性能衰减。(3)硅是一种半导体材料，导电性能较差，限制了其倍率性能。

解决上述问题最常用的方法是将硅多孔化，形成多孔硅；但是，由于单一的多孔硅的导电性差，因此需要将多孔硅与一些碳材料或导电聚合物进行复合，从而在增加其导电性。例如，现有文献公开了一种多孔硅基合金复合材料，采用碳包覆层和/或聚合物包覆层包覆多孔硅，这种方法既能解决硅存在的问题，又能提高多孔硅的导电性，成本低，具有良好电化学性能，能够有效的提高电池的能量密度。

现有文献公开了一种多孔硅基合金复合材料，包括多孔硅基合金及包覆在多孔硅基合金表面的包覆层，所述包覆层包括碳包覆层和/或聚合物包覆层，所述多孔硅基合金中硅的质量百分含量为50-95％，所述碳包覆层的质量占多孔硅基合金复合材料总质量的0.5-10％，所述聚合物包覆层为导电聚合物包覆层、交联聚合物包覆层或特定官能团聚合物包覆层，其中导电聚合物包覆层占多孔硅基合金复合材料总质量的0.5-50％，交联聚合物包覆层占多孔硅基合金复合材料总质量的0.5-10％，特定官能团聚合物包覆层占多孔硅基合金复合材料总质量的0.5-50％。

但是发明人发现：上述专利文献中公开的制备多孔硅的方法存在的问题是：表明的包覆层的导电性有限，而且对硅只在表面进行包覆，硅内部的导电性较低，所以对硅的性能提升有限。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供一种自支撑多孔硅合金及其制备方法与应用。本发明制备的多孔硅合金，导电性高的金属均匀地复合在硅中，所以会极大地提高硅负极的导电性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的目的之一是提供一种自支撑多孔硅合金的制备方法，包括以下步骤：

以A-B-Si类硅合金粉为原材料，在真空条件下，将原材料在200-1000℃的温度区间内处理，将A元素逐渐脱出，最终得到多孔的硅合金；

其中，A元素为低熔沸点的金属，是指：在温度低于1000℃，于真空条件下能够脱出的金属；

B元素为高沸熔点的金属，在温度低于1000℃，于真空条件下无法脱出的金属。