[发明专利]一种锂离子电池硅负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池硅负极材料的制备方法，包括将乙烯基三(β‑甲氧基‑乙氧基)硅烷和氯化1‑[3‑(三乙氧基硅基)丙基]咪唑啉加入到圆底烧瓶中反应得到棕黄色的前体液；将原硅酸四乙酯加入到棕黄色前体液中，然后加入表面活性剂、蒸馏水和盐酸溶液，搅拌混合均匀，转移至聚四氟乙烯反应釜中，放置于烘箱中在一定温度下反应，冷却，离心，用乙醇和去离子水洗涤3次，然后在真空干燥箱中干燥，得到周期性介孔有机硅；将周期性介孔有机硅和石墨按一定比例混合，在球磨机中心进行研磨，然后加入粘结剂PVDF、导电剂Super‑P，其中三者配比为8:1:1，制成浆料，均匀涂覆在铜箔上，真空烘干后冲压为圆形硅负极电极材料。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池硅负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池最早使用的正极材料是硫化钛，负极材料是锂金属，这一体系中的锂金属在反复充放电过程中会产生锂枝晶，容易刺穿隔膜造成短路，并且锂金属和空气接触易发生自燃，因此存在很大的安全隐患。负极材料是锂离子和电子的载体，起着存储和释放能量的作用，是锂离子电池中不可或缺的重要组成部分。

硅在地壳中含量丰富，价格较低，具有商业化的潜力，并且理论容量高达4200mAhg^-1是现在石墨负极材料的十倍还要多。因此，硅元素负极材料普遍被业界认可为最有可能的下一代锂离子负极材料。但是，硅作为锂离子电池负极材料存在着在充放电过程中，伴随着巨大的体积变化，其体积膨胀率高达270％，硅的粉化使活性材料剥落，最终导致电极材料的容量大幅度下降，甚至完全失效的问题。

发明内容

针对上述现有技术中硅负极材料存在充放电过程中容易出现体积膨胀，粉化剥落导致电极材料的放电比容量急剧下降，不能稳定循环使用的缺陷，本发明的目的在于提供一种锂离子电池硅负极材料的制备方法，其制备方法包括以下步骤：

S1：将乙烯基三(β-甲氧基-乙氧基)硅烷和氯化1-[3-(三乙氧基硅基)丙基]咪唑啉加入到圆底烧瓶中，然后在氮气氛围下110～125℃反应60～80h，冷却至室温后得到棕黄色的前体液。

S2：将原硅酸四乙酯加入到步骤S1中的棕黄色前体液中，然后加入表面活性剂、蒸馏水和盐酸溶液，搅拌混合均匀，将该溶液保持在35～40℃搅拌反应20～24h，然后转移至聚四氟乙烯反应釜中，放置于85～90℃烘箱中继续反应20～24h，冷却，离心，用乙醇和去离子水洗涤3次，然后在真空干燥箱中70～80℃下干燥12h，得到周期性介孔有机硅。

S3：将步骤S2中周期性介孔有机硅和石墨混合，其中周期性介孔有机硅和石墨的质量比为(3.96～4.46):(1～1.23)，在球磨机中心进行研磨2～5h，然后加入粘结剂PVDF、导电剂Super-P，其中三者配比为8:1:1，制成浆料，均匀涂覆在铜箔上，真空烘干后冲压为圆形硅负极电极材料。

作为优选方案，上述所述的乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷和氯化1-[3-(三乙氧基硅基)丙基]咪唑啉的摩尔比为(0.93～0.99):(0.96～1.02)。

作为优选方案，上述所述的表面活性剂为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物；所述盐酸溶液的摩尔浓度为2～3mol/L。

作为优选方案，上述步骤S2中所述的前体液和原硅酸四乙酯的质量比为(1.6～2):(7.2～7.44)。

作为优选方案，上述所述的表面活性剂、蒸馏水和盐酸溶液地质量体积比为(3.2～3.8)g:(25～30)mL:(125～140)mL。

作为优选方案，上述所述的石墨材料的粒径为10～30μm。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：