制备电极活性材料和电池电极的方法技术

本文提供了一种制备用于电池电极的活性材料的方法。所述方法包括以下步骤：使氧化硅(SiO

【技术实现步骤摘要】
制备电极活性材料和电池电极的方法
本公开大体上涉及一种用于电极的活性材料、一种用于电池的电极，以及二者的制备方法。
技术介绍
由于电子产品行业的快速发展，对具有高能量/功率密度和高循环性能的低成本生态友好型能量储存系统的需求在不断增加。传统的锂离子电池通常使用由石墨化碳材料制成的负极材料，其由于容量有限而无法满足快速增长的能量需求。硅基材料引起了行业内的极大关注，这是因为该材料的理论容量与石墨基负极材料相比要大得多。在不同的Si基材料中，Si/C复合材料由于提高的稳定性而常用于商用电池中。但是，它们的容量太低，因此无法满足不断增长的能量需求。氧化硅(SiOx)材料被认为是一种在行业实际应用中非常有前景的候选材料，因为该材料具有相对高的比容量，并且与纯硅相比在循环时体积变化较小。然而，在Li离子嵌入和脱嵌期间，SiOx材料仍然呈现出难以接受的大体积变化，这导致容量在循环期间显著下降，进而导致差的循环稳定性。因此，需要一种能够消除或至少减少上述缺点和问题的、用于电池的新型电极。
技术实现思路
本文提供了一种制备用于电池电极的活性材料的方法。所述方法包括以下步骤：使氧化硅(SiOx)歧化，从而形成包含硅(Si)和二氧化硅(SiO2)的复合材料；蚀刻所述复合材料，从而形成包含多孔结构的蚀刻复合材料；以及用碳涂覆所述蚀刻复合材料，从而形成活性材料。在某些实施方案中，其中x为1.05至1.8。在某些实施方案中，通过在800℃至1400℃的温度加热SiOx而使SiOx歧化。>在某些实施方案中，所述复合材料的粒度为1μm至30μm。在某些实施方案中，所述复合材料通过氢氧化钠(NaOH)；氢氧化钾(KOH)；氢氧化锂(LiOH)；氢氟酸(HF)；HF、硝酸(HNO3)与乙酸的混合物；或者氟化铵与HF的混合物而被蚀刻。在某些实施方案中，所述蚀刻步骤包括使所述复合材料与1M至10M的NaOH溶液或按重量计1％至10％的HF溶液接触。在某些实施方案中，所述蚀刻复合材料包含孔径为3nm至20nm的孔。在某些实施方案中，用碳涂覆所述蚀刻复合材料的步骤包括：使所述蚀刻复合材料与碳前体接触，从而形成混合物；以及加热所述混合物，从而形成所述活性材料。在某些实施方案中，所述碳前体从一组含有碳元素的物质中选取，所述一组含有碳元素的物质包括烃、聚芳烃、醇、碳水化合物和有机聚合物。在某些实施方案中，所述碳水化合物是蔗糖，所述醇是聚乙烯醇(PVA)，并且所述有机聚合物是间苯二酚甲醛树脂。在某些实施方案中，所述混合物在500℃至900℃的温度被加热。在某些实施方案中，所述方法还包括冷凝Si与SiO2的混合物从而形成SiOx的步骤。在某些实施方案中，所述方法包括以下步骤：使氧化硅(SiOx)歧化，从而形成包含硅(Si)和二氧化硅(SiO2)的复合材料，其中通过在900℃至1000℃的温度将SiOx加热4小时至6小时而使SiOx歧化，并且所述复合材料的粒度为10μm至20μm；蚀刻所述复合材料，从而形成包含多孔结构的蚀刻复合材料，其中通过使所述复合材料与3M至5M的NaOH溶液或按重量计4％至6％的HF溶液接触而蚀刻所述复合材料，并且所述蚀刻复合材料包含孔径为10nm至14nm的孔；以及用碳涂覆所述蚀刻复合材料，从而形成所述活性材料，其中用碳涂覆所述蚀刻复合材料的步骤包括使所述蚀刻复合材料与蔗糖接触从而形成混合物，以及在550℃至650℃的温度将所述混合物加热从而形成所述活性材料。本文提供了一种通过本文所述的方法制备的用于电极的活性材料。本文提供了一种用于制备电池电极的方法。所述方法包括：将本文所述的活性材料、粘合剂和导电剂混合，从而形成电极浆料；将所述电极浆料涂覆在箔上；以及干燥所述电极浆料，从而在箔上形成涂层，继而形成电极。在某些实施方案中，所述粘合剂包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚(丙烯酸)(PAA)、海藻酸钠、丙烯腈多共聚物、羧甲基几丁质、阿拉伯胶、黄原胶或聚(丙烯酸钠)接枝的羧甲基纤维素(PAA-CMC)。在某些实施方案中，所述导电剂是石墨、炭黑、碳纤维或其组合。在某些实施方案中，所述箔上的涂层的厚度为5μm至50μm。在某些实施方案中，所述粘合剂是PAA，并且所述箔上的涂层的厚度为5μm至15μm。本文提供了一种电池。所述电池包括本文所述的电极以及包含六氟磷酸锂(LiPF6)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)或碳酸亚乙烯酯(VC)的电解质。在某些实施方案中，所述电解质还包含碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯。在某些实施方案中，所述电解质包含按重量计0.5％至5％的FEC或者按重量计0.5％至5％的VC。根据以下附图说明、附图、具体实施方式和所附权利要求，本公开的这些方面、特征和优势以及其它方面、特征和优势将变得更加显而易见。附图说明附图中包括某些实施方案的图，用以进一步示出和阐明本专利技术的上述方面、优势和特征以及其它方面、优势和特征。应当理解，这些附图描绘了本专利技术的实施方案，而并不旨在限制其范围。通过使用附图，将更具体而详细地对本专利技术进行描述和解释，在所述附图中：图1是流程图，描绘了根据某些实施方案的、制备用于电极的活性材料的方法；图2是示意图，描绘了根据某些实施方案的、用于电极的活性材料；图3是流程图，描绘了根据某些实施方案的、制备锂离子电池的方法；图4是示意图，描绘了根据某些实施方案的锂离子电池；图5A示出了原始SiOx以及湿法/干法球磨(bm)和筛分后的SiOx的X射线衍射(XRD)图。图5B示出了原始SiOx以及湿法/干法球磨(bm)和筛分后的SiOx的循环性能。图6A示出了由NaOH蚀刻的SiOx表面的扫描电子显微镜(SEM)图像；图6B示出了由NaOH蚀刻的SiOx结构的透射电子显微镜(TEM)图像；图6C示出了由HF蚀刻的SiOx表面的SEM图像；图6D示出了由HF蚀刻的SiOx结构的TEM图像；图6E示出了NaOH蚀刻的SiOx负极的比容量和库仑效率；图6F示出了HF蚀刻的SiOx负极的比容量和库仑效率；图7A示出了在热处理温度分别为600℃、800℃和900℃的情况下进行碳涂覆之后SiOx的XRD图；图7B示出了在热处理温度分别为600℃、800℃和900℃的情况下进行碳涂覆之后SiOx的循环容量；图8A示出了在0.6A/g的电流密度下测试的用PAA、SA、丙烯腈多共聚物(AMC)和PAA-CMC作为粘合剂的SiOx/碳负极的循环性能；图8B示出了在0.6A/g的电流密度下测试的用PVDF、CM几丁质、阿拉伯胶和黄原胶作为粘合剂的SiOx/碳负极的循环性能；图9示出了在0.6A/g的电流密度下测试的涂层厚度为8μm、20μm、32μm和50μm的SiOx/碳负极的循环性能；并且图10示出了在具有六氟磷酸锂(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备用于电池电极的活性材料的方法，所述方法包括以下步骤：/n使氧化硅(SiO

【技术特征摘要】
20180731 US 62/712,2761.一种制备用于电池电极的活性材料的方法，所述方法包括以下步骤：
使氧化硅(SiOx)歧化，从而形成包含硅(Si)和二氧化硅(SiO2)的复合材料；
蚀刻所述复合材料，从而形成包含多孔结构的蚀刻复合材料；以及
用碳涂覆所述蚀刻复合材料，从而形成所述活性材料。


2.根据权利要求1所述的方法，其中x为1.05至1.8。


3.根据权利要求1所述的方法，其中通过在800℃至1400℃的温度将所述SiOx加热而歧化所述SiOx。


4.根据权利要求1所述的方法，其中所述复合材料的粒度为1μm至30μm。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述复合材料通过氢氧化钠(NaOH)；氢氧化钾(KOH)；氢氧化锂(LiOH)；氢氟酸(HF)；HF、硝酸(HNO3)与乙酸的混合物；或者氟化铵与HF的混合物而被蚀刻。


6.根据权利要求5所述的方法，其中所述蚀刻步骤包括使所述复合材料与1M至10M的NaOH溶液或者按重量计1％至10％的HF溶液接触。


7.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻复合材料包含孔径为3nm至20nm的孔。


8.根据权利要求1所述的方法，其中所述用碳涂覆所述蚀刻复合材料的步骤包括：
使所述蚀刻复合材料与碳前体接触，从而形成混合物；以及
加热所述混合物，从而形成所述活性材料。


9.根据权利要求8所述的方法，其中所述碳前体从一组含有碳元素的物质中选取，所述一组含有碳元素的物质包括烃、聚芳烃、醇、碳水化合物和有机聚合物。


10.根据权利要求9所述的方法，其中所述碳水化合物是蔗糖，所述醇是聚乙烯醇(PVA)，并且所述有机聚合物是间苯二酚甲醛树脂。


11.根据权利要求8所述的方法，其中所述混合物在500℃至900℃的温度被加热。


12.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
冷凝Si和SiO2的混合物，从而形成所述SiOx。


13.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括以下步骤：
使氧化硅(SiOx)歧化，从而形成包含硅(Si)和二氧化硅(SiO2)的复合材料，其中通过在900℃至1000℃的温度将所述SiOx加热4小时至6小时来使所述SiOx歧化，并且所述复合材料的粒度为10μm至...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙新颖，辛见卓，何国强，李基凡，
申请(专利权)人：纳米及先进材料研发院有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81