一种用于全固态电池的硅合金负极制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于全固态电池的硅合金负极的制备方法。该方法是利用高性能硅合金活性材料的具有高循环耐久性的特点，通过机械合金化制备方法，可以使硅及其他元素合金活性材料颗粒“非晶化”、“多元素合金化”，其他添加具有良好的机械和导电性能，提高复合材料的导电率，同时限制硅在锂化/脱锂期间的体积膨胀。同时限制硅在锂化/脱锂期间的体积膨胀。

【技术实现步骤摘要】
一种用于全固态电池的硅合金负极制备方法


[0001]本专利技术涉及新能源全固态锂离子电池领域，本专利技术涉及一种全固态电池所使用的硅合金负极制备方法，特别涉及一种以硅、锡、钛一种或几种元素通过特定方法所制备负极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着便携式电子设备的发展加速以及电动汽车和能量存储系统的生产扩展，锂离子电池性能的重要性日益提高。随着锂离子电池应用的激增，对提高电池性能（包括更高的能量密度，更高的功率密度，更高的稳定性和更长的使用寿命）的需求至关重要。增强电池的各种性能需要改进目前商用正极材料（通常为LiCoO2（LCO）），然而，在电池工业中尚未开发出性能超过石墨的先进负极材料。石墨有着高稳定性、低成本等优点，是目前锂离子电池负极中最常见的活性材料。
[0003]在寻找一种新的负极材料时，拥有与石墨质量硅被看做一种十分有吸引力的材料，因为与石墨相比，硅具有较高的理论容量（理论容量分为4200 mAh/g，石墨为372 mAh/g），且硅元素在地壳中丰度很高。然而，使用硅作为负极材料时，有着两个致命的缺点，一是在电池充放电过程中，伴随着锂离子的嵌入与脱出，硅会发生明显的体积膨胀与收缩（约300%的体积变化），过度的体积膨胀会导致活性材料与集电器之间失去电接触，导致负极破裂、粉化、SEI膜的连续生长，从而导致较差的循环寿命。
[0004]最常用方法是使用各种纳米结构，这些结构有助于减少在膨胀过程中积聚在硅中的应力并缩短锂离子的扩散路径。这种结构通常是球形颗粒、纳米管、纳米线阵列等，组装成各种复合材料。硅纳米颗粒通过与过渡金属等其他元素进行合金化以形成增强性复合材料，金属硅化物具有良好的机械和导电性能，提高复合材料的导电率，同时限制硅在锂化/脱锂期间的体积膨胀。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种用于全固态电池的硅合金负极材料，通过对于硅合金添加元素比例的调整，以机械合金化的方法获得一种高容量、循环稳定的全固态电池。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：其中硅合金负极粉末通过使用高能球磨法达到机械合金化的目的进行制备，固态电解质为硫化物类全固态电解质，对电极为金属锂片。
[0007]所述硅合金负极粉末制备方法是：将硅粉同其他元素粉体按照一定的摩尔比例置于密封的氧化锆球磨罐中，放入直径4mm、质量约为球磨物质质量一定倍数的的氧化锆球，转速为550 r/min，球磨一定的时间，获得硅合金粉末。
[0008]所述的全固态电池的制备方法为：先将获得的硅合金负极粉末同导电剂以一定比例进行手动研磨混合，而后按比例同固态电解质进行混合，获得电极粉体。全固态电池的制备第一步是称取一定质量的负极
粉体，加入10 mm直径的压片模具中，进行4MPa下较低压力的冷压，然后加入80
‑
100 mg固态电解质，采用压片机于300
‑
500MPa压力下冷压，保压3分钟制成为电极片。
[0009]作为上述方案的优选，所述其他元素为锡（Sn）、钛(Ti)其中一种或几种。
[0010]作为上述方案的优选，所述的固态电解质为不同组分的Li2S
‑
P2S5、Li6PS5Cl等硫化物类固态电解质其中一种。
[0011]作为上述方案的优选，负极粉体的质量为5 mg。
[0012]作为上述方案的优选，所述的负极为金属锂片。
[0013]本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的用于全固态电池的硅合金负极粉末制备方法有效改善活性物质在充放电循环时候带来的体积膨胀问题，有利于获得高容量、稳定循环的电池。
附图说明
[0014]图1为实施例1制备的硅合金负极粉末的X射线衍射图谱。
[0015]图2为利用实施例1的硅合金负极粉末所制备的全固态电池的首圈充放电曲线。
具体实施方式
[0016]为了更好的理解本专利技术，下面通过具体的实施例对本专利技术进一步说明，实施例仅用于解释本专利技术，不会对本专利技术构成任何限定。
[0017]实施例1在氩气气氛保护的手套箱中，将硅粉、锡粉、钛粉按照摩尔比0.65:0.05:0.30的比例置于密封的氧化锆球磨罐中，放入直径4mm、质量约为50克的氧化锆球，转速调整为550 r/min，球磨时间15小时。然后将所得硅合金负极粉末与导电剂石墨烯（Graphene）按照70:3的质量比，用研钵手动研磨20分钟，然后将混合物与Li
5.5
PS
4.5
Cl
1.5
电解质以73:27的比例用同样方式研磨20分钟，最后获得复合负极粉末；全固态电池片的制备方法为：称取5mg复合负极粉末，加入到10 mm直径的压片模具中，于4MPa下保压30秒，然后加入100mg固态Li
5.5
PS
4.5
Cl
1.5
电解质粉末，采用压片机于375MPa下冷压，保压3分钟获得电极片。然后取5正极材料，加入模具中，以375MPa压制成为电极片；扣式电池组装方法：在氩气保护气氛下，将制备好的全固态电池片放入正极壳中，然后放入锂片作为对电极，然后放入垫片、弹片，盖上后盖，于封口机下组成CR2302型扣式电池。
[0018]实施例2在氩气气氛保护的手套箱中，将硅粉、锡粉按照摩尔比0.65:0.35的比例置于密封的氧化锆球磨罐中，放入直径4mm、质量约为50克的氧化锆球，转速调整为550 r/min，球磨时间15小时。然后将所得硅合金负极粉末与导电剂碳纤维（VGCF，vapor
‑
grown carbon fibers）按照70:3的质量比，用研钵手动研磨20分钟，然后将混合物与Li
5.5
PS
4.5
Cl
1.5
电解质以73:27的比例用同样方式研磨20分钟，最后获得复合负极粉末；全固态电池片的制备方法为：称取5mg复合负极粉末，加入到10 mm直径的压片模具中，于4MPa下保压30秒，然后加入100mg固态Li
5.5
PS
4.5
Cl
1.5
电解质粉末，采用压片机于
375MPa下冷压，保压3分钟获得电极片。然后取5正极材料，加入模具中，以375MPa压制成为电极片；扣式电池组装方法：在氩气保护气氛下，将制备好的全固态电池片放入正极壳中，然后放入锂片作为对电极，然后放入垫片、弹片，盖上后盖，于封口机下组成CR2302型扣式电池。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于全固态电池的硅合金负极制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）在氩气气氛保护的手套箱中，将硅粉、锡粉、钛粉按照一定摩尔比例置于密封的氧化锆球磨罐中，放入直径4mm、质量约为50克的氧化锆球，转速调整为550 r/min，球磨时间15小时；然后将所得硅合金负极粉末与导电剂按照70:3的质量比，用研钵手动研磨20分钟，然后将混合物与固态电解质以73:27的比例用同样方式研磨20分钟，最后获得复合负极粉末；（2）全固态电池片的制备方法为：称取5mg复合负极粉末，加入到10 mm直径的压片模具中，于4MPa下保压30秒，然后加入100mg固态电解质粉末，采用压片机于375MPa下冷压，保压3分钟获得电极片；然后取5正极材料，加入模具中，以375M...

【专利技术属性】
技术研发人员：武建飞，吴悦，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：