[发明专利]纳米级硅材料及其制备方法、负极及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种纳米级硅材料及其制备方法、负极及锂离子电池。所述纳米级硅材料的制备方法，包括：S1，提供硅酸钠溶液以及氯化铵溶液，其中，所述硅酸钠溶液以及所述氯化铵溶液分别为将硅酸钠以及氯化铵溶解于去离子水与乙醇的混合溶剂中形成；S2，将所述硅酸钠溶液与所述氯化铵溶液在高速搅拌过程中进行缓慢滴定，得到白色沉淀；S3，将所述白色沉淀通过乙醇洗涤后分离；S4，将分离后的白色沉淀烘干并在465～475℃高温反应得到SiO₂；S5，将SiO₂和Mg按照摩尔比1：1.05～1.2，在氮气保护下640～660℃完全反应；S6，将反应后的Mg和MgO溶解，并离心洗涤、干燥得到纳米级Si。

技术领域

本发明涉及一种纳米级硅材料及其制备方法、负极及锂离子电池。

背景技术

随着人们对能源需求的日益增长和对社会与经济可持续发展重要性认识的不断加深，因此以绿色环保和高效高能为特点的锂离子电池越来越受到人们的重视。由于硅基负极的以下的几个优点受到了广泛的关注。首先，硅在嵌入锂时会形成含锂很高的合金Li₄₄Si,其理论容量为4200mAh·g^-1是目前研究的各种合金中理论容量最高的。其次，Si阳极具有相对低的放电电位平台约0.4V，相对于与阴极配对的Li⁺/Li有助于高工作电压，使得锂离子电池具有高能量密度，并且电解液反应活性低。最后，地壳中硅元素含量很高，同时获得单晶硅和多晶硅的成本已经下降到可用于电极应用的范围。Si还具有其他优点，如环境相容性好，毒性低，化学性质比较稳定，这些都使得Si成为下一代锂电池阳极的一个很有前途的候选材料。

硅基负极的应用有一个不可避免的挑战是在充放电过程中体积剧烈变化而带来的循环寿命低，在完全锂化以后，体积膨胀系数达到300％。巨大的体积变化会导致Si产生很大的内应力，造成硅基材料的粉化。体积的剧烈变化和粉化会使得活性材料与导电物质的接触降低导致电导率下降和活性材料脱落而导致减少容量。并且Si的体积变化和粉化会使得硅基材料不断的刺破SEI膜使SEI膜不断的重复生长增大和不稳定性。

发明内容

本发明提供了一种纳米级硅材料及其制备方法、负极及锂离子电池，可以有效解决上述问题。

本发明是这样实现的：

本发明进一步提供一种纳米级硅材料的制备方法，包括以下步骤：

S1，提供硅酸钠溶液以及氯化铵溶液，其中，所述硅酸钠溶液以及所述氯化铵溶液分别为将硅酸钠以及氯化铵溶解于去离子水与乙醇的混合溶剂中形成；

S2，将所述硅酸钠溶液与所述氯化铵溶液在高速搅拌过程中进行缓慢滴定，得到白色沉淀；

S3，将所述白色沉淀通过乙醇洗涤后分离；

S4，将分离后的白色沉淀烘干并在465～475℃高温反应得到SiO₂；

S5，将SiO₂和Mg按照摩尔比1：1.05～1.2，在氮气保护下640～660℃完全反应；

S6，将反应后的Mg和MgO溶解，并离心洗涤、干燥得到纳米级Si。

本发明进一步提供一种纳米级硅材料，其通过上述的方法获得。

本发明进一步提供一种锂离子电池负极，其活性材料为通过上述的方法获得。

本发明进一步提供一种锂离子电池，其负极的活性材料为通过上述的方法获得。

本发明的有益效果是：本发明提供的纳米级硅材料的制备方法，通过乙醇的选择及缓慢滴定的控制可以制备粒径为50～200纳米左右的纳米级硅材料，相较于蜂窝状的硅材料；本案中的纳米级硅材料具有良好的电化学性能以及循环性能。

附图说明