一種鋰離子電池硅負(fù)極材料的處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及新能源材料領(lǐng)域，特別涉及一種娃材料的處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域廣，包括手機(jī)、筆記本電腦等電子終端設(shè)備，甚至是走向了電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域；目前鋰離子電池的負(fù)極材料為碳，自鋰離子電池商業(yè)化以來(lái)，實(shí)際比容量已經(jīng)接近372mAh/g的理論值，很難再有提升的空間，尋找替代碳的高比容量負(fù)極材料成為一個(gè)重要的發(fā)展方向。
[0003]硅和鋰能形成Li12SihLi13SihLi7Si3、Li15Si4、Li22Si5等合金，具有高容量(Li22Si5,最高4200mAh/g)，低脫嵌鋰電壓(低于0.5V vs Li/Li+)與電解液反應(yīng)活性低等優(yōu)點(diǎn)，是一種非常有發(fā)展前途的鋰離子電池負(fù)極材料。
[0004]然而，當(dāng)硅材料結(jié)合了大量的鋰離子后，硅的體積會(huì)膨脹(約膨脹至300%)，導(dǎo)致鋰離子電池負(fù)極活性材料的粉化，其中的硅材料也會(huì)與粘結(jié)劑脫離，這是目前鋰離子電池容量衰減較大的原因之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供了一種鋰離子電池硅負(fù)極材料的處理方法，在硅納米顆粒的表面形成一層納米級(jí)厚度的二氧化硅薄膜，可增強(qiáng)硅和粘結(jié)劑之間的結(jié)合力，保證電極材料的在循環(huán)過程中的穩(wěn)定性，有效地提高鋰離子電池的能量密度。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下步驟:
1)將硅納米顆粒置于燒杯或電解池中，加入水或鹽溶液(通常為鈉、鉀、鈣的氯化物、硫酸鹽或硝酸鹽溶液)，進(jìn)行磁力攪拌；
2)在溶液中接入接入正極和負(fù)極，正極和負(fù)極均為惰性電極，可以是鉑絲或碳棒。施加3-30V的電壓，使娃納米顆粒在溶液中氧化0.05-lh，可保證在娃納米顆粒表面形成氧化膜并且控制膜的厚度在納米級(jí)別；
3)將經(jīng)電化學(xué)氧化后的物質(zhì)產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到離心管中進(jìn)行離心分離，倒掉上清液；
4)在離心管中加入5-35mL水，經(jīng)超聲處理后再進(jìn)行離心分離，倒掉上清液，并重復(fù)水洗2-3 遍；
5)在離心管中加入5-35mL無(wú)水乙醇，經(jīng)超聲處理后再進(jìn)行離心，倒掉上清液；
6)將步驟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，進(jìn)行干燥，以去除材料中的水。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于:
I)在硅納米顆粒表面形成二氧化硅膜包覆后，該層納米級(jí)膜可將硅保護(hù)在氧化膜內(nèi)部，膜的外層與粘結(jié)劑接觸，避免了硅納米顆粒的粉化和脫離，有利于保證電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性； 2)該層氧化膜可作為一層彈性膜，有效地抑制硅納米顆粒的體積膨脹，在同等條件下，可嵌入更多地鋰離子，提高電池的能量密度。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為運(yùn)用本發(fā)明中的硅負(fù)極材料制成的鋰離子電池的循環(huán)性能及庫(kù)倫效率數(shù)據(jù)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0010]本發(fā)明具體實(shí)施的技術(shù)方案是:
一種鋰離子電池硅負(fù)極材料的處理方法，包括如下步驟:
1)將硅納米顆粒置于燒杯或電解池中，加入水溶液后進(jìn)行磁力攪拌；
2)在溶液中接入正極和負(fù)極，正極和負(fù)極均為碳棒。施加25V的電壓，使硅納米顆粒在溶液中氧化45min;
3 )將經(jīng)電解后的物質(zhì)加入到離心管中進(jìn)行離心分離，倒掉上清液；
4)在離心管中加入30mL水，經(jīng)超聲處理后再進(jìn)行離心分離，倒掉上清液，并重復(fù)水洗2
遍；
5)在離心管中加入30mL酒精，經(jīng)超聲處理后再進(jìn)行離心分離，倒掉上清液；
6)將步驟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]將上述制得的材料與粘結(jié)劑，導(dǎo)電炭黑，石墨碳做成電池負(fù)極材料，裝成2032型紐扣電池進(jìn)行電池循環(huán)測(cè)試，所得結(jié)果如圖1所示。
[0012]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鋰離子電池硅負(fù)極材料的處理方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)將硅納米顆粒置于燒杯或電解池中，加入水或鹽溶液，進(jìn)行磁力攪拌； 2)在所述的水或鹽溶液中接入正極和負(fù)極，所述的正極和所述的負(fù)極均為惰性電極，并施加3-30V的電壓，使所述的硅納米顆粒在所述的水或水的鹽溶液中氧化0.05-lh； 3)將經(jīng)電化學(xué)氧化后的物質(zhì)產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到離心管中進(jìn)行離心分離，倒掉上清液； 4)在所述的離心管中加入5-35mL水，經(jīng)超聲處理后再進(jìn)行離心分離，倒掉上清液，并重復(fù)水洗2-3遍； 5)在所述的離心管中加入5-35mL無(wú)水乙醇，經(jīng)超聲處理后再進(jìn)行離心分離，倒掉上清液； 6)將步驟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，進(jìn)行干燥，去除材料中的水。2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的鋰離子電池硅負(fù)極材料的處理方法，其特征在于，所述的鹽溶液為氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣、硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鈣、硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鈣中的任意一種溶液。3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的鋰離子電池硅負(fù)極材料的處理方法，其特征在于，所述的惰性電極為鉑絲或碳棒。
【專利摘要】對(duì)硅材料負(fù)極表面進(jìn)行氧化，形成具有納米級(jí)厚度的二氧化硅薄膜，可提高硅負(fù)極材料的電化學(xué)穩(wěn)定性。本發(fā)明中，在磁力攪拌作用下的容器中，加入水（或鹽溶液）,通過在水中接入正極和負(fù)極，施加一定的電壓（比如3-30V）電解水以產(chǎn)生大量的羥基，然后將硅納米顆粒置于水溶液中氧化一定時(shí)間，從而可以在硅表面形成氧化層，該氧化層可增強(qiáng)硅和粘結(jié)劑之間的結(jié)合力，保證電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性，有效地提高鋰離子電池的能量密度。
【IPC分類】H01M10/0525, H01M4/38, H01M4/36
【公開號(hào)】CN105514381
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510999392
【發(fā)明人】王海波, 余雁, 劉婷婷, 吳曲勇, 方振華
【申請(qǐng)人】蘇州格瑞動(dòng)力電源科技有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月25日