[发明专利]一种储锂硅基材料的制备合成方法

说明书

本发明涉及电池材料制备的技术领域，具体涉及一种储锂硅基材料的制备合成方法，采用化学镀和磁控溅射相结合的方法，以三聚氰胺海绵的三维多孔支撑体材料为三维基底制备三维集流体，提升了电极活性物质的负载量及电解液的浸润性，保证电子和离子传输，还提高了硅电极比容量的保留性，从而提高了硅电极的锂化循环次数；充分发挥了磁控溅射合成技术的独特优势，在三维连通网络结构上直接生长活性物质，实现一体化硅基材料的制备，探索出了一条设计和构筑高性能纳米结构一体化硅基电极的新途径，为硅基材料的储锂性能研究和开发提供科学依据。

技术领域

本发明涉及电池材料制备的技术领域，具体涉及一种储锂硅基材料的制备合成方法。

背景技术

目前，现有的商用负极材料主要是石墨，而硅材料与之相比，具有脱锂电位低、资源丰富、成本低和环境友好等优势，因此，储锂硅基材料的研究对高能量锂离子电池负极具有重要的战略意义，开发新型高容量负极材料成为研究热点。

不幸的是，研究表明硅电极的比容量保留性较差，其在第一圈的锂化过程中能得到较高的比容量，然而随着循环次数的增加，比容量快速衰减，这主要是源于硅负极在锂离子插入和脱出过程中巨大的体积变化。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是发挥化学镀和磁控溅射相结合的技术的独特优势，实现一体化硅基储锂材料的制备，以提高电极的比容量及循环性能。为实现本发明的目的，采用如下技术方案：

一种储锂硅基材料的制备合成方法，以三聚氰胺海绵的三维多孔支撑体材料为三维基底，采用化学镀的方法制备三维集流体，然后通过射频磁控溅射技术制得三维储锂硅基材料，具体包括以下步骤：

(1)三维基底的预处理：首先清洗干净三维基底的表面，然后采用敏化液对清洗后的三维基底进行敏化处理，接下来负载一层化学镀反应催化剂进行活化处理，再加入次磷酸钠溶液去除多余的活化液，得到负载了化学镀反应催化剂的三维材料；

(2)化学镀：将上述预处理后的三维材料浸入一定温度的镀液中反应一段时间，制备出三维集流体；

(3)射频磁控溅射：控制一定的工作条件，将硅基活性材料原位生长在三维集流体的表面，得到三维储锂硅基材料。

优选的，所述三维基底的预处理过程中的清洗是通过丙酮、无水乙醇和蒸馏水进行三维基底表面的去胶和除油。

优选的，所述敏化液为氯化亚锡的盐酸溶液。

优选的，所述化学镀反应催化剂为纳米镍、纳米铜、纳米金或者纳米钯中的一种。

优选的，所述化学镀过程中镀液的组成按重量份包括还原剂6-15％、螯合剂2-15％。

优选的，所述还原剂为次磷酸钠溶液，所述螯合剂为羧甲基纤维素钠、聚偏氟乙烯或聚丙烯腈中的一种。

优选的，所述化学镀的反应时间为10-60min。

优选的，所述化学镀的反应温度为30-90℃。

优选的，所述射频磁控溅射过程中硅靶纯度为99.999％，工作气压为2.0Pa，溅射功率为200W，气氛为高纯氩。

优选的，所述射频磁控溅射时间为15-60min。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明以三聚氰胺海绵的三维多孔支撑体材料为化学镀的三维基底制备三维集流体，由于三聚氰胺海绵的纤维直径较细、孔道直径较宽、质量轻、机械强度高，并且在制备的过程中对三维基底进行预处理，具体包括敏化、活化和负载的步骤，使得其多孔结构不但能改进活性物质、电解液和集流体间的良好接触，提升电极活性物质的负载量及电解液的浸润性，保证电子和离子传输，还能提高硅电极比容量的保留性，从而提高了硅电极的锂化循环次数，实用性强。