一种多孔锂盐包覆硅基复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及锂离子电池材料领域，具体涉及一种多孔锂盐包覆硅基复合材料及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的一种多孔锂盐包覆硅基复合材料的制备方法，包括如下步骤：1)在含有有机镍盐和锂盐的有机溶液中加入硅烷偶联剂和纳米硅粉，搅拌、过滤、干燥，得到前驱体材料；2)对前驱体材料进行煅烧，得到氧化镍和锂盐包覆硅基材料；3)将氧化镍和锂盐包覆硅基材料置于酸性气体氛围下进行刻蚀，得到所述多孔锂盐包覆硅基复合材料。综上，采用本申请多孔锂盐包覆硅基复合材料的制备方法制备得到的多孔锂盐包覆硅基复合材料的具有较低的膨胀性和良好的导电性能，将其应用到电池中具有优异的倍率性能和循环性能。率性能和循环性能。率性能和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔锂盐包覆硅基复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池材料领域，具体涉及一种多孔锂盐包覆硅基复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池的负极材料是作为储锂的主体，在锂离子电池充放电过程中，锂离子反复地在负极材料中嵌入和脱出，发生电化学氧化/还原反应。目前，商用的锂离子电池的负极使用材料以碳基材料为主，但碳基负极理论容量为372mAh/g，在面对更大电池能量密度要求的未来市场，碳基材料无法满足。
[0003]硅负极材料具有较高的理论比容量4200mAh/g，并且具有低的电压平台，资源丰富、价格低廉等优点，是一种非常具有前景的锂电池负极材料。然而硅负极材料有两个需要克服的缺陷，第一个缺陷是在锂离子的嵌入和脱出过程中，会发生各向异性的膨胀，造成硅负极材料的结构不稳定，结构不稳定会使硅负极材料制备得到的电池的库伦效率降低和循环性较差；第二个缺陷是硅的本征电导率较低，从而导致电化学动力速率低，从而导致硅负极材料制备得到的电池的倍率性能较差。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的硅基材料体积膨胀较大，电导率较低，进而影响电池倍率性能和循环性能的缺陷，从而提供一种多孔锂盐包覆硅基复合材料及其制备方法和应用。
[0005]本专利技术提供一种多孔锂盐包覆硅基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0006]1)在含有有机镍盐和锂盐的有机溶液中加入硅烷偶联剂和纳米硅粉，搅拌、过滤、干燥，得到前驱体材料；/>[0007]2)对前驱体材料进行煅烧，得到氧化镍和锂盐包覆硅基材料；
[0008]3)将氧化镍和锂盐包覆硅基材料置于酸性气体氛围下进行刻蚀，得到所述多孔锂盐包覆硅基复合材料。
[0009]优选的，所述有机镍盐包括乙酰丙酮镍、二茂镍、硬脂酸镍、醋酸镍中的至少一种；
[0010]所述锂盐包括钛酸锂、锆酸锂、偏铝酸锂、铌酸锂中的至少一种；
[0011]所述有机溶液的有机溶剂包括二甲苯、甲苯、环己烷、丁二醇、N
‑
甲基吡咯烷酮、N,N二甲基甲酰胺、N,N二甲基乙酰胺，四氯化碳中的至少一种。
[0012]优选的，所述硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、N
‑
β
‑
(氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
脲基丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。
[0013]优选的，步骤1)中纳米硅粉的平均粒径为100
‑
500nm。
[0014]优选的，步骤1)中所述有机镍盐、锂盐、有机溶剂、硅烷偶联剂和纳米硅粉的质量比为(1
‑
5)：(1
‑
5)：(350～1100)：(1～10)：100。
[0015]优选的，步骤2)中煅烧在惰性气体保护下进行，煅烧温度为400
‑
900℃，煅烧时间为1
‑
6h。
[0016]优选的，步骤3)中所述刻蚀温度为100
‑
200℃，刻蚀时间为0.5
‑
2h。
[0017]优选的，所述酸性气体选自硫酸蒸汽、硝酸蒸汽、盐酸蒸汽中的一种；
[0018]所述硫酸蒸汽中硫酸浓度为20
‑
80wt％；
[0019]所述硝酸蒸汽中硝酸浓度为20
‑
80wt％；
[0020]所述盐酸蒸汽中盐酸浓度为20
‑
37wt％；
[0021]步骤3)中刻蚀结束后还包括降温、洗涤和干燥的步骤。
[0022]本专利技术还提供一种多孔锂盐包覆硅基复合材料，由上述所述的多孔锂盐包覆硅基复合材料的制备方法制备得到。
[0023]本专利技术还提供一种锂离子电池，包括上述所述的多孔锂盐包覆硅基复合材料。
[0024]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0025]本专利技术提供的一种多孔锂盐包覆硅基复合材料的制备方法，包括如下步骤：1)在含有有机镍盐和锂盐的有机溶液中加入硅烷偶联剂和纳米硅粉，分散、过滤、干燥、煅烧后得到氧化镍/锂盐包覆硅基材料；2)酸蚀步骤1)得到的氧化镍/锂盐包覆硅基材料，得到所述多孔锂盐包覆硅基复合材料。
[0026]本专利技术通过在前驱体材料中加入有机镍盐和锂盐，然后进行煅烧，得到氧化镍和锂盐包覆硅基材料，锂盐的包覆一方面可以改善材料的离子导电率，另一方面隔绝内核硅与电解液的接触，提升材料的首次效率及其存储性能，同时在煅烧过程中有机镍盐形成氧化镍的过程中分解会使包覆层留下孔洞，通过酸蚀对氧化镍进行腐蚀溶解会进一步在包覆层上留下纳米微米孔洞，增加了复合材料整体的比表面，两种孔洞协同作用降低复合材料在充放电过程中的膨胀，提高了复合材料的结构稳定性；此外，添加硅烷偶联剂使纳米硅形成网络结构，避免纳米硅自身团聚，降低了复合材料在充放电过程中的膨胀和收缩，提高了复合材料的结构稳定性。结构稳定性的提高从而降低复合材料的不可逆容量，并提升采用多孔锂盐包覆硅基复合材料制备得到的电池的首次效率。同时，锂盐提供充足的锂离子提升了复合材料的导电性能，此外多孔锂盐包覆增加了复合材料的比表面积，从而使材料的吸液、保液性能得到提高也提高了锂离子的电导率，从而使采用多孔锂盐包覆硅基复合材料制备得到的电池的倍率性能得到提高。综上，采用本申请多孔锂盐包覆硅基复合材料的制备方法制备得到的多孔锂盐包覆硅基复合材料的具有较低的膨胀性和良好的导电性能，将其应用到电池中具有优异的倍率性能和循环性能。
[0027]进一步，刻蚀过程为在酸性气体中进行，具有过程可控、操作简单等优点。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1是本专利技术实施例1的制备方法制备得到的多孔锂盐包覆硅基复合材料的扫描电镜图。
具体实施方式
[0030]提供下述实施例是为了更好地进一步理解本专利技术，并不局限于所述最佳实施方式，不对本专利技术的内容和保护范围构成限制，任何人在本专利技术的启示下或是将本专利技术与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本专利技术相同或相近似的产品，均落在本专利技术的保护范围之内。
[0031]实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
[0032]实施例1
[0033]本实施例提供一种多孔锂盐包覆硅基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0034]1)将3g乙酰丙酮镍和3g钛酸锂添加到800m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔锂盐包覆硅基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在含有有机镍盐和锂盐的有机溶液中加入硅烷偶联剂和纳米硅粉，搅拌、过滤、干燥，得到前驱体材料；2)对前驱体材料进行煅烧，得到氧化镍和锂盐包覆硅基材料；3)将氧化镍和锂盐包覆硅基材料置于酸性气体氛围下进行刻蚀，得到所述多孔锂盐包覆硅基复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机镍盐包括乙酰丙酮镍、二茂镍、硬脂酸镍、醋酸镍中的至少一种；所述锂盐包括钛酸锂、锆酸锂、偏铝酸锂、铌酸锂中的至少一种；所述有机溶液的有机溶剂包括二甲苯、甲苯、环己烷、丁二醇、N
‑
甲基吡咯烷酮、N,N二甲基甲酰胺、N,N二甲基乙酰胺，四氯化碳中的至少一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、N
‑
β
‑
(氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
脲基丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中纳米硅粉的平均粒径为100
‑
500nm。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘忆恩，
申请(专利权)人：山西沃特海默新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：