[发明专利]一种用于制备改性硅负极复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种用于制备改性硅负极复合材料的方法，其步骤如下：1）向氢氟酸溶液中加入纳米硅和锑粉均匀分散，喷雾干燥，高温烧结，得中间体Ⅰ；2）将中间体Ⅰ和氧化石墨烯置于溶剂中超声分散，然后加入适量的偏钒酸铵和碳源充分分散，喷雾干燥、高温烧结，待冷却后用氢氟酸溶液浸泡5‑8min，水洗至中性，烘干，得中间体Ⅱ；3）将中间体Ⅱ与锡粉混合球磨，然后高温烧结，得改性硅负极复合材料。本发明公开的改性硅负极复合材料是通过分步掺杂氟和多种金属元素，可以有效降低材料在脱嵌锂过程中的体积变化，以改善材料的电子导电性和循环稳定性，提升电池的电池容量。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种用于制备改性硅负极复合材料的方法。

背景技术

锂离子电池由于具有能量比高、质量轻、额定电压高、自放电率低等优点而被学术界和产业界广泛研究和应用。目前，锂电池负极材料主要包括锂嵌入型材料、锂合金材料和锂金属等。但随着社会的进一步发展，如电动汽车在动力源方面的要求，现有的锂离子电池体系在价格、安全性、比容量和功率性能、原材料的富足等方面都还有待提高。开发更高性能的材料和与之对应的锂离子电池极为重要。

硅负极具有高的能量密度、丰富的自然资源，是十分理想的下一代锂离子电池负极材料，成为了该领域研究热点。硅在常温下可与锂合金化，生成Li15Si4相，理论比容量高达3572mA˙h/g，是商业化石墨理论比容量(372mA˙h/g) 的十倍左右，因此硅有望成为下一代高能量密度储能材料和汽车动力装置的锂离子电池的负极。但是硅负极材料本身存在电导率低和体积膨胀的问题，这些问题会严重影响电池的容量和使用寿命，因而限制了硅负极材料的应用。

发明内容

基于背景技术的问题，本发明意在提出一种用于制备改性硅负极复合材料的方法，其可以有效缓解材料的体积膨胀，循环性能好。

为实现该上述目的，本发明公开了如下方案：

一种用于制备改性硅负极复合材料的方法，其步骤如下：

1）向浓度为15-20g/L氢氟酸溶液中加入纳米硅和锑粉均匀分散，喷雾干燥，高温烧结，得中间体Ⅰ，氢氟酸溶液中的氢氟酸与纳米硅、锑粉的摩尔比为1:8-10:1-2；

2）将中间体Ⅰ和氧化石墨烯按1:3-6的质量比置于溶剂中超声分散，然后加入适量的偏钒酸铵和碳源充分分散，喷雾干燥、高温烧结，待冷却后用浓度为40-50g/L的氢氟酸溶液浸泡5-8min，水洗至中性，烘干，得中间体Ⅱ；

3）将中间体Ⅱ与锡粉按照6-8:1的质量比混合，球磨，然后高温烧结，得改性硅负极复合材料。

本发明公开的改性硅负极复合材料是通过分步掺杂氟和多种金属元素，可以有效降低材料在脱嵌锂过程中的体积变化，以改善材料的电子导电性和循环稳定性，提升电池的电池容量。具体来说，本发明先是在氢氟酸溶液中均匀分散纳米硅和锑粉，然后高温烧结，这样可以确保纳米硅中同时掺杂有氟和锑，之后在氧化石墨烯和偏钒酸铵的作用下引入碳源，这样得到的氟-锑掺杂硅碳负极材料不仅比表面积大，而且掺杂的均匀性好，结构稳定。不仅如此，烧结后得到的产物通过氢氟酸快速浸泡刻蚀，这样得到的中间体Ⅱ掺杂锡粉的效果更佳，得到的负极复合材料电子导电率高，体积膨胀得到有效缓解，内阻小，因而硅材料的循环稳定性好。

优选的，所述步骤2）中偏钒酸铵、碳源和中间体Ⅰ的质量比为0.5-1:1.5-2:10。

具体的，步骤2)中的溶剂为丙酮或N-甲基吡咯烷酮。

具体的，步骤2)中的碳源为沥青、苯酚、蔗糖或葡萄糖中的一种。

优选的，步骤1）中的高温烧结是将干燥物置于500-600℃的氩气气氛中高温烧结1-2h。