[发明专利]一种二氧化硅气凝胶复合锂电池硅负极及制备方法

说明书

本发明涉及锂电池负极材料领域，公开了一种二氧化硅气凝胶复合锂电池硅负极及制备方法。包括如下制备过程：（1）将二氧化硅气凝胶薄片在加热器中层层间隔叠放；（2）将高纯硅烷和高纯氩气的混合气体通过加热器，15~20min后升温，保温保压60~120min后停止加入混合气体，继续保温30~40min后将气源更换为有机碳源，30~40min后关闭气源，升温碳化，得到二氧化硅气凝胶复合锂电池硅负极。本发明通过将纳米硅和碳包覆相负载在二氧化硅气凝胶薄片中，改善了硅粉的分散性能，有效提高了负极材料的循环性能，得到的呈薄膜状负极材料可直接与极片进行贴合使用，制备工艺简单，可以连续高效实现生产。

技术领域

本发明涉及锂电池负极材料领域，公开了一种二氧化硅气凝胶复合锂电池硅负极及制备方法。

背景技术

近年来新能源发电领域的快速发展对与之匹配的储能系统提出了新的要求。而在储能电池的更新换代中，锂离子电池由于其自身所具备的各种优点，已成为重点研究领域，并在大量的储能项目中获得了实际应用，取得了一定的成效。锂离子电池的容量决定于正极材料的活性锂离子以及负极材料的可嵌脱锂能力，正负极在各种环境下的稳定性决定了电池的性能发挥，甚至严重影响电池的安全性，因此，电极的性能在一定程度上决定了锂离子电池的综合性能。

目前商业化锂离子电池负极材料主要为石墨类碳负极材料，其理论比容量仅为372mAh/g(LiC₆)，严重限制了锂离子电池的进一步发展。硅基材料是在负极材料中理论比容量最高的研究体系，其形成的合金为Li_xSi(x=0~4.4)，理论比容量高达为4200mAh/g，因其低嵌锂电位、低原子质量、高能量密度，被认为是碳负极材料的替代性产品。

硅基负极材料虽然具有优异的性能，然而由于在充放电过程中存在较大的体积效应，制约了硅基负极材料的发展。锂电池的硅基负极材料体积变化与嵌锂容量成线性关系，因此获得高容量的同时就必然面临较大的体积变化；体积膨胀造成结构稳定性差，导致电极循环性能差，而且目前硅负极制备工艺复杂、能耗高。因此，针对硅基负极材料的改性研究成为热门课题。

中国发明专利申请号201910645744.1公开了一种高分散的硅碳固溶胶、其制备方法及应用。该高分散的硅碳固溶胶，以硅为分散质，碳为分散介质，硅被连续的碳层所包覆或者填埋在连续的碳相中，所述硅至少在某一维度上的尺寸小于80 nm，所述高分散的硅碳固溶胶中硅的质量百分比为5~90%。在制备出超细纳米硅后将其现场用碳包覆起来，从而同时解决了超细纳米硅的制备问题及其高反应活性带来的氧化问题。

中国发明专利申请号201910306285.4公开了一种分散均匀的基于镁热还原的硅碳复合负极材料制备方法，该方法先采用阳离子分散剂调制石墨分散液，接着在石墨分散液中加入碱性硅溶胶使其均匀分散，再进行镁热还原反应，最后加入苯乙烯-丙烯腈共聚乳液并高温处理，得到硅碳复合负极材料。基于镁热还原的硅碳复合材料导电性好，采用让反应物表面带不同电荷的方法提高产物中石墨和硅的分散程度，材料的电化学容量高，电池循环寿命佳。

根据上述，现有方案中用于锂电池的硅基负极材料存在较大体积膨胀影响，影响其使用性能，而现有的改性工艺较为繁琐，涉及设备较多，工艺较为繁杂，对于产品生产的控制不利，因此，对于提高硅基材料的分散性和工艺的简化具有十分重要的实际意义，本发明提出了一种二氧化硅气凝胶复合锂电池硅负极及制备方法，可有效解决上述技术问题。

发明内容

目前应用较广的锂电池硅基负极材料存在较大体积膨胀效应，而且存在分散性较差、工艺复杂等缺陷，影响了硅基负极材料的发展。

本发明通过以下技术方案解决上述问题：

一种二氧化硅气凝胶复合锂电池硅负极的制备方法，制备的具体过程为：

（1）先将二氧化硅气凝胶薄片层层间隔叠放，然后安装于加热器中，得到二氧化硅气凝胶薄片层；