[发明专利]一种负极材料及其制备方法

说明书

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种负极材料及其制备方法，包括以下步骤：S1、将刻蚀剂溶于酸溶液中，加入碳化钛铝，搅拌，离心水洗，溶解，二次离心，冷冻干燥制得二维层状材料；S2、将二维层状材料与银纳米线混合加入溶剂，超声分散，过滤水洗，加入偶联剂得到水凝胶，将水凝胶涂覆，冷冻干燥制得网状材料；S3、将有机硅加入碱性溶液中反应得到乳液，将乳液干燥得到前驱体，将前驱体加热，程序升温制得碳包覆氧化亚硅；S4、将网状材料与碳包覆氧化亚硅混合研磨得到负极材料。一种负极材料的制备方法，具有导电性和亲锂性，能够缓解硅氧的膨胀，而且具有较高安全性、比容量、库伦效率以及长循环后有较高的容量保持率。

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长、环境友好、无记忆效应等优点而备受关注，在3C数码、汽车等领域有着广泛应用。石墨作为负极材料，其理论克容量仅为372 mAh/g，越来越无法满足人们对高能量密度电池的需求尤其是5G时代的来临。硅材料具有最高的理论客容量（～4200 mAh/g）以及低的放电电压（～0.5 V vs Li/Li+），被认为是取代石墨的最有前景的负极材料之一。硅材料在充放电过程中产生的较大体积变化（可达到300%）会导致SEI不稳定、锂粉化、活性材料之间以及和导电剂间的接触变弱等一系列问题，最终导致锂电池首效低、循环寿命短以及安全等问题。这成为了制约硅材料在锂电池中广泛应用的最大障碍。硅氧材料膨胀约150%，较纯硅有明显的降低，但是仍然严重限制了其应用。有鉴于此，设计开发一种能有效缓解硅氧的膨胀、提高充放电过程中机械稳定性并提高其导电性的新型硅负极十分有必要。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种负极材料的制备方法，具有导电性和亲锂性，能够缓解硅氧的膨胀，而且具有较高安全性、比容量、库伦效率以及长循环后有较高的容量保持率。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种负极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将刻蚀剂溶于酸溶液中，加入碳化钛铝，搅拌，离心水洗，溶解，二次离心，冷冻干燥制得二维层状材料；

S2、将二维层状材料与银纳米线混合加入溶剂，超声分散，过滤水洗，加入偶联剂搅拌得到水凝胶，将水凝胶冷冻涂覆，冷冻干燥，真空干燥制得网状材料；

S3、将有机硅加入碱性溶液中反应得到乳液，将乳液干燥得到前驱体，将前驱体加热，程序升温制得碳包覆氧化亚硅；

S4、将网状材料与碳包覆氧化亚硅混合研磨得到负极材料。

SiO本身具有极高的理论比容量，但是其弱导电性和大的脱嵌锂膨胀限制了其应用。本发明的二维层状材料（Mxene）具有良好的机械强度以及一定的导电性，可同时充当电极中的粘结剂和导电剂的作用，利于活性材料loading的提升。Mxene本身由于易堆叠导致其导电性受到了限制，银纳米线（AgNW）的插入可抑制其堆叠提升导电性。本发明的二维层状材料为具有MAX相的碳化钛铝被刻蚀，选择性地清除Al原子，碳化物层的表面产生了末端O、OH和（或）F原子的二维层状结构物MXene。银纳米线插入到Mxene层间抑制其堆叠，从而抑制其层间距减小和粒子传输速率的减小，从而提高Mxene的电化学性能。本发明的负极材料使用碳包覆SiO@MXene/AgNW三者结合，使制备出的材料兼具较大的容量、良好的导电性、牢固的结构稳定性以及较少的体积膨胀率。

作为本发明的一种负极材料的制备方法的一种改进，所述S1中刻蚀剂、碳化钛铝的重量份数比为1~2:1~2。

作为本发明的一种负极材料的制备方法的一种改进，所述S2中二维层状材料、银纳米线与偶联剂的重量份数比为1~2：2~4：0.5~10。偶联剂优选地使用硅烷偶联剂，将二维层状材料/AgNW网络交联，提升骨架的机械稳定性和韧性。