专利名称：一种锂离子电池硅银复合负极材料的制备方法
技术领域：
本发明属于化工材料制备方法技术领域，特别涉及一种锂离子电池硅银复合负极材料的制备方法。
背景技术：
自1991年SONY公司商业化生产锂离子电池以来，锂离子电池已成为便携式电子设备不可或缺的部分。同时，受全球石油储量和环境的压力，近年来世界各国都在竞相发展混合动力汽车和纯电动汽车，以取代传统的燃油汽车。因此，社会对锂离子电池的需求促进了锂离子电池研究的不断深入。目前，商业化的锂离子电池采用石墨作为负极材料，其来源丰富，工作电压平稳，但理论容量仅有372 mAh/g。为提高负极材料的比容量，作为锂离子电池负极材料的Si具有最高的理论比容量(4212 mAh/g)，是地壳中储量仅次于氧的元素。但是，硅的电导率较低，并且在充放电过程中存在高达300 %的体积膨胀。这导致颗粒的粉化，进而与导电剂分离，从集流体上剥离，降低了 Si基负极材料的循环性能，因此制约了 Si基负极材料的商业化应用。目前为解决硅负极材料粉化和电导率差等问题所采取的方法主要为制造一维硅纳米线或二维硅纳米薄膜，这都需要利用大型、昂贵的设备，并且制作工艺繁杂，难于实现产业化应用。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种锂离子蓄电池硅银复合负极材料的制备方法。一种锂离子电池硅银复合负极材料的制备方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下(I)前处理将硅粉颗粒加入到丙酮溶液中，超声洗涤20至40分钟，然后加入浓度为0. I mol/L"l. 0 mo I/L的氢氧化钠溶液或浓度为0. I mol/L^l. 0 mo I/L的氢氟酸溶液，磁力搅拌I小时 2小时，然后抽滤，洗涤至溶液为中性；(2)按比例称取相应质量的AgNO3和PVP，其中AgNO3中Ag的质量为硅粉颗粒质量的20% 200%，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的质量为硅粉颗粒质量的20% 100%，共同溶于浓度为0. 5 mol/^2 mo I/L的氨水溶液中，磁力搅拌至溶液澄清；(3)配置质量分数为1°/T20%的硼氢化钠溶液；(4)将蒸懼水和氨水配置成母液,母液的浓度为0. 5 mol/L 2 mol/L,置于反应爸中，控制反应釜温度为10 0C ^30 °C，在超声条件下进行强力机械搅拌；(5)将步骤(2)和步骤(3)中所得到的溶液同时缓慢滴加到步骤(4)中所得到的母液中，滴加完成后，控制反应釜温度为10 0C ^30 °C，继续反应I小时小时；(6)反应结束后，将步骤(5 )中所得到的反应产物用离心机离心，取出下层沉淀，加水稀释，抽滤并洗涤，直至溶液澄清；再将沉淀放入烘箱干燥，得到一种锂离子电池硅银复合负极材料。所述娃粉颗粒的粒径为30 nnT500 nm。所述步骤(4)中搅拌速度为600 r/min^l000 r/min。
所述步骤(5)中滴加速度为0. I ml/min 10 ml/min。所述步骤(6)中离心机转速为3000 r/min^5000 r/min。所述步骤(6)中离心时间为5分钟 10分钟。所述步骤(6)中烘箱温度为80 V 120 °C。所述步骤(6)中干燥时间为12小时 16小时。本发明的有益效果为本发明生产工艺简单，不使用任何复杂设备，反应都是在常温常压下进行，容易实现工业化生产。本发明可以解决Si的电导率低和充放电过程中的粉化问题，本发明降低硅颗粒粒径至纳米级、并在硅表面均匀附着纳米银颗粒以制成硅银复合材料。其中，所制备的硅银复合材料能够利用银金属良好的导电性和延展性提高硅的电导率，在充放电过程中缓解和抑制硅的粉化问题，提高Si基负极材料的性能。同时可以通过附着纳米银颗粒提高硅负极材料的电导率，使得纳米硅银复合负极材料实现大电流充放电；通过细化颗粒、制备球形材料等方法也可以提高该材料的密度。
图I为表面附着纳米银颗粒的纳米硅颗粒电镜照片。图2为实施例2所制备的硅银复合负极材料的XRD图。图3为所制备的硅银复合负极材料在锂离子电池中的循环性能图。
具体实施例方式本发明提供了一种锂离子电池硅银复合负极材料的制备方法，下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明。实施例I(I)前处理取粒径为50 nm的硅粉颗粒I克，加入到丙酮溶液中，洗涤20分钟，抽滤，然后加入浓度为0. 2 mol/L的HF溶液50ml，磁力搅拌2小时，抽滤洗涤，直至溶液为中性；(2)称取2 g AgNO3,称取0.5 g PVP，共同溶于浓度为I mol/L氨水中，磁力搅拌至溶液澄清；(3)配置质量分数为3%的硼氢化钠溶液200 ml ；(4)将蒸懼水和氨水配置成I L浓度为I mol/L的母液,置于反应爸中，控制反应釜温度为10 °C，并在超声条件下加强力机械搅拌；(5)将步骤(2)和步骤(3)中所得的溶液同时缓慢滴加到步骤(4)中所得到的母液中，滴速为0. 5 ml/min，滴完后，控制反应釜温度为10 °C，继续反应I小时；(6)反应结束后，将步骤(5)中所得的产物用离心机以5000 r/min的转速离心5分钟，取出下层沉淀，加水稀释，抽滤并洗涤，直至溶液澄清。再将沉淀放入120 1烘箱干燥12小时，得到一种锂离子电池硅银复合负极材料。实施例2(I)前处理取粒径为200 nm的硅粉颗粒I g，加入到丙酮溶液中，洗涤40分钟，抽滤，然后加入浓度为0. 5 mol/L的NaOH溶液100 ml，磁力搅拌I. 5小时，抽滤洗涤，直至溶液为中性；(2)称取I g AgNO3,称取I g PVP，共同溶于浓度为2 mol/L氨水中，磁力搅拌至溶液澄清；(3)配置质量分数为5%的硼氢化钠溶液200 ml ；(4)将蒸懼水和氨水配置成I L浓度为2 mol/L的母液,控制反应爸温度为25 V， 并在超声条件下加强力机械搅拌；(5)将步骤(2)和步骤(3)中所得的溶液同时缓慢滴加到步骤(4)中所得到的母液中，滴速为3 ml/min，滴完后，控制反应釜温度为25 °C，继续反应I. 5小时；(6)反应结束后，将步骤(5)中所得的产物用离心机以4000 r/min的转速离心10分钟，取出下层沉淀，加水稀释，抽滤并洗涤，直至溶液澄清。再将沉淀放入80 1烘箱干燥16小时，得到一种锂离子电池硅银复合负极材料。
权利要求
1.一种锂离子电池硅银复合负极材料的制备方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下 (1)前处理将硅粉颗粒加入到丙酮溶液中，超声洗涤20至40分钟，然后加入浓度为0.1 mol/L"l. 0 mol/L的氢氧化钠溶液或浓度为0. I mol/L^l. 0 mol/L的氢氟酸溶液，磁力搅拌I小时 2小时，然后抽滤，洗涤至溶液为中性； (2)按比例称取相应质量的AgNO3和PVP，其中AgNO3中Ag的质量为硅粉颗粒质量的20% 200%，PVP的质量为硅粉颗粒质量的20% 100%，共同溶于浓度为0. 5 mol/L 2 mol/L的氨水溶液中，磁力搅拌至溶液澄清； (3)配置质量分数为1。/。~20。/。的硼氢化钠溶液； (4)将蒸懼水和氨水配置成母液,母液的浓度为0.5 mol/L"2 mol/L,置于反应爸中，控制反应釜温度为10 0C ^30 °C，在超声条件下进行强力机械搅拌； (5)将步骤(2)和步骤(3)中所得到的溶液同时缓慢滴加到步骤(4)中所得到的母液中，滴加完成后，控制反应釜温度为10 0C ^30 °C，继续反应I小时小时； (6)反应结束后，将步骤(5)中所得到的反应产物用离心机离心，取出下层沉淀，加水稀释，抽滤并洗涤，直至溶液澄清；再将沉淀放入烘箱干燥，得到一种锂离子电池硅银复合负极材料。
2.根据权利要求I所述的一种锂离子电池硅银复合负极材料的制备方法，其特征在于所述娃粉颗粒的粒径为30 nm^500 nm。
3.根据权利要求I所述的一种锂离子电池硅银复合负极材料的制备方法，其特征在于所述步骤(4)中搅拌速度为600 r/min^l000 r/min。
4.根据权利要求I所述的一种锂离子电池硅银复合负极材料的制备方法，其特征在于所述步骤(5)中滴加速度为0. I ml/min^lO ml/min。
5.根据权利要求I所述的一种锂离子电池硅银复合负极材料的制备方法，其特征在于所述步骤(6)中离心机转速为3000 r/min^5000 r/min。
6.根据权利要求I所述的一种锂离子电池硅银复合负极材料的制备方法，其特征在于所述步骤(6)中离心时间为5分钟 10分钟。
7.根据权利要求I所述的一种锂离子电池硅银复合负极材料的制备方法，其特征在于所述步骤(6)中烘箱温度为80 0C ^120 °C。
8.根据权利要求I所述的一种锂离子电池硅银复合负极材料的制备方法，其特征在于所述步骤(6)中干燥时间为12小时 16小时。
全文摘要
本发明属于化工材料制备方法技术领域，特别涉及一种锂离子电池硅银复合负极材料的制备方法。该方法以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂，氨水为络合剂，硼氢化钠为还原剂，还原AgNO3来制备粒径均匀分布的纳米银颗粒，并使其均匀附着在平均粒径为30nm～500nm的纳米硅颗粒表面，来获得硅银复合负极材料。本发明生产工艺简单，不使用任何复杂设备，反应都是在常温常压下进行，容易实现工业化生产。本发明所制备的硅银复合材料密度高，能利用银金属良好的导电性和延展性提高硅的电导率，在充放电过程中缓解和抑制硅的粉化问题，提高Si基负极材料的性能；同时可以提高硅负极材料的电导率，使得纳米硅银复合负极材料实现大电流充放电。
文档编号H01M4/62GK102751477SQ20121022923
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月3日 优先权日2012年7月3日
发明者尚玉明, 方谋, 王树博, 王要武, 王金海, 谢晓峰, 赵骁, 陈敬波 申请人:清华大学