一种锂离子电池硅负极材料的处理方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及新能源材料领域，特别涉及一种娃材料的处理方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池应用领域广，包括手机、笔记本电脑等电子终端设备，甚至是走向了电动汽车和储能技术领域；目前锂离子电池的负极材料为碳，自锂离子电池商业化以来，实际比容量已经接近372mAh/g的理论值，很难再有提升的空间，寻找替代碳的高比容量负极材料成为一个重要的发展方向。
[0003]硅和锂能形成Li12SihLi13SihLi7Si3、Li15Si4、Li22Si5等合金，具有高容量(Li22Si5,最高4200mAh/g)，低脱嵌锂电压(低于0.5V vs Li/Li+)与电解液反应活性低等优点，是一种非常有发展前途的锂离子电池负极材料。
[0004]然而，当硅材料结合了大量的锂离子后，硅的体积会膨胀(约膨胀至300%)，导致锂离子电池负极活性材料的粉化，其中的硅材料也会与粘结剂脱离，这是目前锂离子电池容量衰减较大的原因之一。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供了一种锂离子电池硅负极材料的处理方法，在硅纳米颗粒的表面形成一层纳米级厚度的二氧化硅薄膜，可增强硅和粘结剂之间的结合力，保证电极材料的在循环过程中的稳定性，有效地提高锂离子电池的能量密度。
[0006]为实现上述目的，本发明的技术方案包括以下步骤:
1)将硅纳米颗粒置于烧杯或电解池中，加入水或盐溶液(通常为钠、钾、钙的氯化物、硫酸盐或硝酸盐溶液)，进行磁力搅拌；
2)在溶液中接入接入正极和负极，正极和负极均为惰性电极，可以是铂丝或碳棒。施加3-30V的电压，使娃纳米颗粒在溶液中氧化0.05-lh，可保证在娃纳米颗粒表面形成氧化膜并且控制膜的厚度在纳米级别；
3)将经电化学氧化后的物质产物转移到离心管中进行离心分离，倒掉上清液；
4)在离心管中加入5-35mL水，经超声处理后再进行离心分离，倒掉上清液，并重复水洗2-3 遍；
5)在离心管中加入5-35mL无水乙醇，经超声处理后再进行离心，倒掉上清液；
6)将步骤5)中得到的清洗后的材料放入烘箱中，在60-100°C下烘烤l_6h，进行干燥，以去除材料中的水。
[0007]本发明的优点和有益效果在于:
I)在硅纳米颗粒表面形成二氧化硅膜包覆后，该层纳米级膜可将硅保护在氧化膜内部，膜的外层与粘结剂接触，避免了硅纳米颗粒的粉化和脱离，有利于保证电极材料的循环稳定性； 2)该层氧化膜可作为一层弹性膜，有效地抑制硅纳米颗粒的体积膨胀，在同等条件下，可嵌入更多地锂离子，提高电池的能量密度。
【附图说明】
[0008]图1为运用本发明中的硅负极材料制成的锂离子电池的循环性能及库伦效率数据图。
【具体实施方式】
[0009]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0010]本发明具体实施的技术方案是:
一种锂离子电池硅负极材料的处理方法，包括如下步骤:
1)将硅纳米颗粒置于烧杯或电解池中，加入水溶液后进行磁力搅拌；
2)在溶液中接入正极和负极，正极和负极均为碳棒。施加25V的电压，使硅纳米颗粒在溶液中氧化45min;
3 )将经电解后的物质加入到离心管中进行离心分离，倒掉上清液；
4)在离心管中加入30mL水，经超声处理后再进行离心分离，倒掉上清液，并重复水洗2
遍；
5)在离心管中加入30mL酒精，经超声处理后再进行离心分离，倒掉上清液；
6)将步骤5)中得到的清洗后的材料放入烘箱中，在80°C下烘烤6h，以去除材料中的水。
[0011]将上述制得的材料与粘结剂，导电炭黑，石墨碳做成电池负极材料，装成2032型纽扣电池进行电池循环测试，所得结果如图1所示。
[0012]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种锂离子电池硅负极材料的处理方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)将硅纳米颗粒置于烧杯或电解池中，加入水或盐溶液，进行磁力搅拌； 2)在所述的水或盐溶液中接入正极和负极，所述的正极和所述的负极均为惰性电极，并施加3-30V的电压，使所述的硅纳米颗粒在所述的水或水的盐溶液中氧化0.05-lh； 3)将经电化学氧化后的物质产物转移到离心管中进行离心分离，倒掉上清液； 4)在所述的离心管中加入5-35mL水，经超声处理后再进行离心分离，倒掉上清液，并重复水洗2-3遍； 5)在所述的离心管中加入5-35mL无水乙醇，经超声处理后再进行离心分离，倒掉上清液； 6)将步骤5)中得到的清洗后的材料放入烘箱中，在60-120°C下烘烤l_6h，进行干燥，去除材料中的水。2.根据权利要求1中所述的锂离子电池硅负极材料的处理方法，其特征在于，所述的盐溶液为氯化钠、氯化钾、氯化钙、硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙中的任意一种溶液。3.根据权利要求2中所述的锂离子电池硅负极材料的处理方法，其特征在于，所述的惰性电极为铂丝或碳棒。
【专利摘要】对硅材料负极表面进行氧化，形成具有纳米级厚度的二氧化硅薄膜，可提高硅负极材料的电化学稳定性。本发明中，在磁力搅拌作用下的容器中，加入水（或盐溶液）,通过在水中接入正极和负极，施加一定的电压（比如3-30V）电解水以产生大量的羟基，然后将硅纳米颗粒置于水溶液中氧化一定时间，从而可以在硅表面形成氧化层，该氧化层可增强硅和粘结剂之间的结合力，保证电极材料的循环稳定性，有效地提高锂离子电池的能量密度。
【IPC分类】H01M10/0525, H01M4/38, H01M4/36
【公开号】CN105514381
【申请号】CN201510999392
【发明人】王海波, 余雁, 刘婷婷, 吴曲勇, 方振华
【申请人】苏州格瑞动力电源科技有限公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月25日