[发明专利]硅基复合负极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种硅基复合负极材料的制备方法，该方法包括：将硅基原材料处理，得到纳米硅基颗粒；将所述纳米硅基颗粒进行导电化处理，得到导电性纳米硅基颗粒；以所述导电性纳米硅基颗粒为内核，以高分子材料为外壳，搭建使得所述导电性纳米硅基颗粒可在所述外壳内进行体积变化的构壳结构，所述构壳结构即为所述硅基复合负极材料。本发明的硅基复合负极材料依次通过纳米化处理、导电化处理以及构壳结构搭建，可以实现导电性纳米硅基颗粒在外壳的内部空间中进行体积变化，从而改善其循环性能，使得该硅基复合材料具有良好的倍率性能和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池的技术领域，尤其涉及一种硅基复合负极材料的制备方法。

背景技术

目前，5G技术普及在即，未来智能手机等电子类产品能耗越来越大，近两年TWS蓝牙耳机、智能手表和智能手环等市场爆发，可穿戴设备市场对电池的需求也越来越大，统观整个消费类电子产品市场，人们对电池的要求为小型化和高能量密度。然而，目前商业电池体系中负极材料为石墨，其循环寿命长、成本低廉，但理论容量过低（372mA h g-1），极大的限制了该类电池的能量密度，无法满足市场需求。

硅负极作为下一代锂离子电池负极材料，具有容量高（4200mA h g-1）、丰度高、工作电压平台低和价格低的优点，吸引着众多研究者的目光，但硅基负极材料体积膨胀大（300%）、导电性差，导致以其为基础的电池循环性能和倍率性能差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅基复合负极材料的制备方法，能够利用构壳结构对硅负极进行改善，缓冲其体积膨胀、改善其导电性，提高硅基负极材料的循环性能和倍率性能。

本发明的技术方案如下：一种硅基复合负极材料的制备方法，包括：

将硅基原材料处理，得到纳米硅基颗粒；

将所述纳米硅基颗粒进行导电化处理，得到导电性纳米硅基颗粒；

以所述导电性纳米硅基颗粒为内核，以高分子材料为外壳，搭建使得所述导电性纳米硅基颗粒可在所述外壳内进行体积变化的构壳结构，所述构壳结构即为所述硅基复合负极材料。

优选地，所述纳米硅基颗粒包括纳米硅颗粒、纳米一氧化硅颗粒、纳米硅-氧化硅复合颗粒中的一种或多种，且所述纳米硅基颗粒的粒径小于等于150nm。

优选地，所述构壳结构包括纳米空心球结构、纳米管结构、多孔纳米纤维结构、同轴纳米线结构、多孔纳米管结构中的一种或多种。

优选地，所述以所述导电性纳米硅基颗粒为内核，以高分子材料为外壳，搭建使得所述导电性纳米硅基颗粒可在所述外壳内进行体积变化的构壳结构，所使用的方法为静电纺丝法、气象沉积法、喷雾干燥法、电喷法、微流控法以及溶液法中的一种。

优选地，所述以所述导电性纳米硅基颗粒为内核，以高分子材料为外壳，搭建使得所述导电性纳米硅基颗粒可在所述外壳内进行体积变化的构壳结构，所使用的方法为静电纺丝法，包括：

将质量分数为3~10%的所述导电性纳米硅基颗粒分散到第一溶液中，加入质量分数为6~16%的造孔剂，形成均匀悬浊内核液；

将质量分数为8~20%的高分子材料溶于第二有机溶剂中，形成外壳溶液；

将所述内核悬浊液和所述外壳溶液放置于静电纺丝设备中，进行纺丝，得到纺丝混合物；

将所述纺丝混合物在高温下进行固化处理，得到固化混合物，其中固化温度为250~500℃，固化时间为1~4 h；

将所述固化混合物进行高温烧结处理，得到所述构壳结构，即所述硅基复合负极材料，其中烧结温度为600~1500℃，烧结时间为1~10 h。