一种锂离子电池负极活性材料改性方法与流程

本发明属于电化学电池领域，涉及一种锂离子电池的负极活性材料改性方法。

背景技术：

规模化储能、电动工具、电动汽车、便携式电子设备等对锂离子电池的比能量、比功率、安全性和循环寿命等提出了越来越高的要求。虽然锂离子电池的性能受正负极材料、电解质、粘结剂和集流体、隔膜等众多因素的影响，但影响其电化学性能的关键在于组成电池的电解质和正负极材料的性能，负极材料是影响锂离子电池电化学性能的关键之一。

近年来，siox也开始显现出其用于锂离子电池si基负极材料上的优势，引入了氧，使得首次嵌锂生成了惰性组分，这也造成了脱嵌锂行为下绝对体积的降低。相比较于单质硅，siox更有实用化潜力，极具高比能量的锂离子电池材料前景。

为了改善锂离子电池负极材料的电化学性能，对其进行改性己成为近年来研究的重点。迄今，为了改进负极材料的电化学性能，有两大类技术方案：一种途径是用其他离子对材料进行体相掺杂，通过稳定材料的结构、抑制循环过程中材料的晶格转变来改善材料的性能；另一种途径就是用碳材料、氧化物材料等对负极材料进行表面改性。所谓表面改性就是对粉体颗粒表面进行新的加工，使粉体表面特性有较大的改变，赋予粉体颗粒粒子新的功能：可以改善粉体粒子的分散性、热稳定性，提高粉体表面活性，使粒子具有新的物理、化学和机械性能等。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种锂离子电池负极活性材料的改性方法，以聚乙烯醇（pva）为碳源，在对siox材料表面包覆碳材料，进一步提高硅基负极材料的循环容量保持率，改善其循环性能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种锂离子电池负极活性材料改性方法，该方法包含以下具体步骤：

步骤1，将一定量的聚乙烯醇（pva）溶解于90℃以上的热水中；

步骤2，加入一定量的siox粉末，其中，pva与siox的质量比为20~200:100，充分搅拌使siox分散均匀得到siox悬浊液；

步骤3，蒸干水分并不断搅拌，得到凝胶状前驱体；

步骤4，于氩气中高温焙烧此前驱体得到siox/c复合材料。

上述的锂离子电池负极活性材料改性方法，其中，焙烧前驱体温度为500~800℃。

上述的锂离子电池负极活性材料改性方法，其中，焙烧前驱体时长为1~8h。

本发明优点：聚乙烯醇(pva)为水溶性高分子材料，作为碳源包碳时可避免使用有毒的有机溶剂分散，有利于环保。将包碳前后的siox样品组装成电池，相应的容量保持率显著提高，循环性能得到改善。

本发明的优越性在于：由于聚乙烯醇(pva)为水溶性高分子材料，作为碳源包碳时可避免使用有毒的有机溶剂分散，有利于环保；将包碳前后的siox样品组装成电池，相应的容量保持率显著提高，循环性能得到改善。

附图说明

附图1发明的实施过程流程图。

具体实施方式

实施例1

一种锂离子电池负极活性材料改性方法，流图如图1所示，按以下步骤：

1，将20g聚乙烯醇(pva)溶解于300g95℃热水中；

2，在上述pva溶液中加入20g的siox粉末，持续搅拌使siox分散均匀得到siox悬浊液；

3，在电炉上蒸干水分并不断搅拌，得到凝胶状前驱体；

4，于700℃氩气中焙烧此前驱体6h，得到siox/c复合材料。

电化学性能测试：

以siox/c复合材料为负极材料，与导电碳黑（superp）、羧甲基纤维素钠（cmc），丁苯橡胶（sbr）按质量比80:8:4:8混合，以去离子水为溶剂，混合成浆后均匀涂布在集流体cu箔上，冲切成直径14mm圆片，然后在80℃的真空干燥箱中烘干24小时得到siox/c复合材料电极片。

以金属锂片为对电极，上述siox/c复合材料极片为研究电极，celgard2035为隔膜，1.5mol/l六氟磷酸锂（lipf6）/碳酸乙烯酯（ec）+碳酸二乙酯（dec）+碳酸甲乙酯（emc）（体积比为1:1:1）为电解液组装成cr2016扣式电池。电池首先以80ma/g活性物质的电流密度进行放电-充电循环，电压区间为0.01~1.5v，首次充电比容量达到832mah/g，循环50次比容量达到574mah/g。

实施例2

一种锂离子电池负极活性材料改性方法，按以下步骤：

1，将10g聚乙烯醇(pva)溶解于300g95℃热水中；

2，在上述pva溶液中加入20g的siox粉末，持续搅拌使siox分散均匀得到siox悬浊液；

2，在电炉上蒸干水分并不断搅拌，得到凝胶状前驱体；

4，于800℃氩气中焙烧此前驱体5h，得到siox/c复合材料。

电化学性能测试：

以siox/c复合材料为负极材料，与导电碳黑（superp）、羧甲基纤维素钠（cmc），丁苯橡胶（sbr）按质量比80:8:4:8混合，以去离子水为溶剂，混合成浆后均匀涂布在集流体cu箔上，冲切成直径14mm圆片，然后在80℃的真空干燥箱中烘干24小时得到siox/c复合材料电极片。

以金属锂片为对电极，上述siox/c复合材料极片为研究电极，celgard2035为隔膜，1.5mol/l六氟磷酸锂（lipf6）/碳酸乙烯酯（ec）+碳酸二乙酯（dec）+碳酸甲乙酯（emc）（体积比为1:1:1）为电解液组装成cr2016扣式电池。电池首先以80ma/g活性物质的电流密度进行放电-充电循环，电压区间为0.01~1.5v，首次充电比容量达到962mah/g，循环50次比容量达到501mah/g。

对比例1

以siox为负极材料，与导电碳黑（superp）、羧甲基纤维素钠（cmc），丁苯橡胶（sbr）按质量比80:8:4:8混合，以去离子水为溶剂，混合成浆后均匀涂布在集流体cu箔上，冲切成直径14mm圆片，然后在80℃的真空干燥箱中烘干24小时得到siox电极片。

以金属锂片为对电极，上述siox极片为研究电极，celgard2035为隔膜，1.5mol/l六氟磷酸锂（lipf6）/碳酸乙烯酯（ec）+碳酸二乙酯（dec）+碳酸甲乙酯（emc）（体积比为1:1:1）为电解液组装成cr2016扣式电池。电池首先以80ma/g活性物质的电流密度进行放电-充电循环，电压区间为0.01~1.5v，首次充电容量达到1230mah/g，循环20次容量仅为453mah/g。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

技术特征：

技术总结
本发明公开一种锂离子电池负极活性材料改性方法，将一定量的聚乙烯醇（PVA）溶解于90℃以上的热水中；加入一定量的SiOx粉末，充分搅拌使SiOx分散均匀得到SiOx悬浊液；蒸干水分并不断搅拌，得到凝胶状前驱体；于氩气中高温焙烧此前驱体得到SiOx/C复合材料。由于聚乙烯醇(PVA)为水溶性高分子材料，作为碳源包碳时可避免使用有毒的有机溶剂分散，有利于环保。将包碳前后的SiOx样品组装成电池，相应的容量保持率显著提高，循环性能得到改善。

技术研发人员：何丹农;焦靖华;张芳
受保护的技术使用者：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司
技术研发日：2019.06.06
技术公布日：2019.08.16