负极材料及其制备方法、负极片的制造方法、锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种负极材料及其制备方法、负极片的制造方法和锂离子电池，制备方法包括：S1：将固态纳米硅加入到第一铜盐水溶液中，进行分散处理，然后滴入第一还原剂溶液进行还原反应，以使纳米硅活化，进行抽滤、洗涤，形成活化纳米硅颗粒；S2：将所述活化纳米硅颗粒加入第二铜盐水溶液中，滴入第二还原剂溶液进行化学镀铜，进行抽滤、洗涤，形成合金化纳米硅；S3：将所述合金化纳米硅置于惰性气体环境中，并通入气态碳源进行气相沉积，然后冷却，形成负极材料。本发明专利技术能够缓解负极材料中硅粉的团聚，提高锂离子电池的充放电效率。

【技术实现步骤摘要】
负极材料及其制备方法、负极片的制造方法、锂离子电池
本专利技术涉及储能器件
，特别是一种负极材料及其制备方法、负极片的制造方法、锂离子电池。
技术介绍
随着当前对电池需求的发展，锂离子电池作为近十年来发展最好的一种新型电源，由于其具有电压高、能量密度高、循环性能优越等特点，因此，迅速推动电动交通工具的发展，同时也促进社会各处对锂离子电池的大幅度需求。现有技术中，制备锂离子电池的负极材料的主要成分硅粉极易团聚，在形成锂离子电池后，使锂离子电池充放电循环过程中体积膨胀严重，影响锂离子电池的充放电效率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种负极材料及其制备方法、负极片的制造方法、锂离子电池，以缓解负极材料中硅粉的团聚，提高锂离子电池的充放电效率。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的第一方面提供了一种负极材料的制备方法，包括：S1：将固态纳米硅加入到第一铜盐水溶液中，进行分散处理，然后滴入第一还原剂溶液进行还原反应，以使纳米硅活化，进行抽滤、洗涤，形成活化纳米硅颗粒；S2：将所述活化纳米硅颗粒加入第二铜盐水溶液中，滴入第二还原剂溶液进行化学镀铜，进行抽滤、洗涤，形成合金化纳米硅；S3：将所述合金化纳米硅置于惰性气体环境中，并通入气态碳源进行气相沉积，然后冷却，形成负极材料。本专利技术提供的负极材料的制备方法，先将固态纳米硅加入到第一铜盐水溶液后再进行分散处理，然后进行还原反应，形成活化纳米硅颗粒；接着再将活化纳米硅颗粒进行化学镀铜，形成合金化纳米硅，最后在惰性气体环境中使合金化纳米硅通过气相沉积的方式在外层包覆碳，以形成负极材料。这种方式，通过合金化对纳米硅进行改性，能够增加纳米硅的导电性和分散性能，从而在纳米硅制成锂离子电池后，缓减充放电循环过程中的体积膨胀，提高锂离子电池的充放电效率。可选地，所述第一铜盐水溶液的浓度为3～15g/L；优选地，所述第一铜盐水溶液的浓度为7g/L；和/或所述第二铜盐水溶液的浓度为10～35g/L；优选地，所述第二铜盐水溶液的浓度为20g/L；和/或所述第一铜盐水溶液和所述第二铜盐水溶液至少一者选自硫酸铜水溶液。采用这种第一铜盐水溶液和第二铜盐水溶液，能够增加纳米硅的分散性能，尽可能避免纳米硅团聚现象的发生。可选地，所述第一还原剂溶液和所述第二还原剂溶液的浓度为5～15g/L；优选地，所述第一还原剂溶液和所述第二还原剂溶液的浓度为7g/L；和/或所述第一还原剂溶液和所述第二还原剂溶液选自NaBH4水溶液、水合肼中的一种或者多种的混合物。采用这种第一还原剂溶液和第二还原剂溶液，能够更好地形成合金化纳米硅增加纳米硅，提高负极材料的分散性和导电性。可选地，所述S1中分散处理的时间为5分钟～60分钟；优选地，所述S1中分散处理的时间为15分钟。如此操作之后，能够使固态纳米硅与第一铜盐水溶液充分混合。可选地，所述S1中进行抽滤、洗涤，形成活化纳米硅颗粒，具体为：进行抽滤后形成固体状材料；将所述固体状材料加入酸性溶液中进行清洗，以形成所述活化纳米硅颗粒；其中，所述酸性溶液选自稀硝酸溶液。采用这种方式，能够避免活化纳米硅颗粒带有杂质。可选地，所述S2中将所述活化纳米硅颗粒加入第二铜盐水溶液中，滴入第二还原剂溶液进行化学镀铜，具体为：将所述活化纳米硅颗粒加入所述第二铜盐水溶液中，进行搅拌超声分散处理，再滴入所述第二还原剂溶液进行化学镀铜；其中，所述S2中搅拌超声分散处理的时间为0.5～3小时；优选地，所述S2中超声分散处理的时间为2小时。采用这种超声分散的搅拌方式，能够使活化纳米硅颗粒与第二铜盐水溶液混合地更均匀。可选地，所述S2中进行抽滤、洗涤，形成合金化纳米硅具体为：对化学镀铜后的溶液进行水浴加热；抽滤，形成固体半成品；将所述固体半成品依次经过乙醇和去离子水洗涤；对所述固体半成品进行真空干燥，形成所述合金化纳米硅；其中，所述水浴加热的时间为10～60分钟；优选地，所述水浴加热的时间为20分钟。采用这种方式，能够使形成的合金化纳米硅更纯。可选地，所述气态碳源选自乙炔、乙烯、甲烷中的一种或者多种的混合物。这种气态碳源便于取材，能够节约能源，降低成本。本专利技术的第二方面提供了一种负极片的制造方法，包括：采用上述任一项所述的制备方法制备负极材料；将所述负极材料、导电炭和粘结剂混合，形成浆料；在基材上涂布所述浆料，形成负极片。采用这种方式制造的负极片，具有上述负极材料的性能，因此，能够缓减充放电循环过程中的体积膨胀，提高锂离子电池的充放电效率。可选地，所述粘结剂为混合水溶液，包括柔性成分和分散成分；其中，所述柔性成分选自SBR；所述分散成分选自CMC、海藻酸钠或者PAA中的一种或者多种的混合物；其中，所述粘结剂中所述SBR的比例为1％～10％。采用这种水性粘结剂，能够更好地适应体积膨胀较大的负极片材料，进而提高硅基材料的循环性能。可选地，所述将所述负极材料、导电炭和粘结剂混合，形成浆料具体为：将所述负极材料、导电炭和粘结剂通过球磨方式混合，形成所述浆料。采用球磨方式进行混合，使制备的浆料更加均匀且气泡含量较少。本专利技术的第三方面提供了一种负极材料，由上述任一项所述的制备方法制备形成。采用本专利技术提供的负极材料，能够提高制成的锂离子电池的循环性能。本专利技术的第四方面提供了一种锂离子电池，包括由上述任一项所述的制造方法制成的负极片。采用本专利技术提供的锂离子电池，能够提高制成的锂离子电池的循环性能。附图说明通过以下参照附图对本专利技术实施例的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1示出通过本专利技术提供的负极材料的制备方法制备的负极材料的XRD谱图；图2示出本专利技术提供的负极材料的制备方法中，形成的合金化纳米硅的SEM谱图；图3示出通过本专利技术提供的负极材料的制备方法制备的负极材料的SEM谱图；图4示出通过本专利技术提供的负极片的制造方法制造的负极片形成的半电池循环充放电的电池容量图。具体实施方式以下基于实施例对本专利技术进行描述，但是本专利技术并不仅仅限于这些实施例。在下文对本专利技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本专利技术的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。在本专利技术的描述中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极材料的制备方法，其特征在于，包括：/nS1：将固态纳米硅加入到第一铜盐水溶液中，进行分散处理，然后滴入第一还原剂溶液进行还原反应，以使纳米硅活化，进行抽滤、洗涤，形成活化纳米硅颗粒；/nS2：将所述活化纳米硅颗粒加入第二铜盐水溶液中，滴入第二还原剂溶液进行化学镀铜，进行抽滤、洗涤，形成合金化纳米硅；/nS3：将所述合金化纳米硅置于惰性气体环境中，并通入气态碳源进行气相沉积，然后冷却，形成负极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种负极材料的制备方法，其特征在于，包括：
S1：将固态纳米硅加入到第一铜盐水溶液中，进行分散处理，然后滴入第一还原剂溶液进行还原反应，以使纳米硅活化，进行抽滤、洗涤，形成活化纳米硅颗粒；
S2：将所述活化纳米硅颗粒加入第二铜盐水溶液中，滴入第二还原剂溶液进行化学镀铜，进行抽滤、洗涤，形成合金化纳米硅；
S3：将所述合金化纳米硅置于惰性气体环境中，并通入气态碳源进行气相沉积，然后冷却，形成负极材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一铜盐水溶液的浓度为3～15g/L；
优选地，所述第一铜盐水溶液的浓度为7g/L；
和/或
所述第二铜盐水溶液的浓度为10～35g/L；
优选地，所述第二铜盐水溶液的浓度为20g/L；
和/或
所述第一铜盐水溶液和所述第二铜盐水溶液至少一者选自硫酸铜水溶液。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一还原剂溶液和所述第二还原剂溶液的浓度为5～15g/L；
优选地，所述第一还原剂溶液和所述第二还原剂溶液的浓度为7g/L；
和/或
所述第一还原剂溶液和所述第二还原剂溶液选自NaBH4水溶液、水合肼中的一种或者多种的混合物。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S1中分散处理的时间为5分钟～60分钟；
优选地，所述S1中分散处理的时间为15分钟。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S1中进行抽滤、洗涤，形成活化纳米硅颗粒，具体为：
进行抽滤后形成固体状材料；
将所述固体状材料加入酸性溶液中进行清洗，以形成所述活化纳米硅颗粒；
其中，所述酸性溶液选自稀硝酸溶液。


6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S2中将所述活化纳米硅颗粒加入第二铜盐水溶液中，滴入第二还原剂溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨国凯，马书良，成信刚，
申请(专利权)人：北方奥钛纳米技术有限公司，银隆新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13