一种固态锂离子电池海绵硅-银负极及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于固态锂离子电池的海绵硅

【技术实现步骤摘要】
一种固态锂离子电池海绵硅
‑
银负极及制备方法


[0001]本专利技术属于固态电化学能量存储领域，具体涉及一种用于固态锂电池的海绵硅
‑
银负极及其制备方法
。

技术介绍

[0002]现有技术中，采用不可燃的固态电解质替代传统液态电解液有望从根本上解决锂离子电池的安全性问题
。
另一方面，传统锂电池的能量密度越来越难以满足人们的需求，续航焦虑时刻困扰着电动车和智能电子产品的用户，这主要是因为传统商业锂电池所使用的石墨负极理论比容量仅有
372mAh/g。
而硅材料的理论比容量为
4200mAh/g
，是石墨负极的十倍以上
。
因此将硅负极材料与固态锂电池结合有望实现高安全性和高比能的锂电池
。
基于锂电池的工作原理，对于固态负极，需要负极活性材料以及良好的离子和电子的输运通道
。
然而，固态电解质不具有液体的流动性和浸润性，如何在硅负极内部建立快速的离子输运通道本身就是一个巨大挑战
。
此外，硅是一种半导体材料，本征导电率仅为，阻碍了硅负极极容量的发挥
。
硅负极在充放电过程中的体积变化巨大
(
～
400
％
)
导致导电通道的破坏，循环性能迅速衰减
。
[0003]如何设计硅材料的几何结构释放体积膨胀应力预计为其体积膨胀提供内部空间，同时构建电子
/
离子的传输通道成为了制约固态离子电池硅负极发展的瓶颈
。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种能够有效降低硅负极材料膨胀率的海绵硅结构并与银复合，利用锂化过程中原位生产的锂银合金固溶体建立复合电极内部的电子
/
离子导电通道
。
[0005]材料属性：所述硅
‑
银负极材料包含海绵状多孔硅和银纳米颗粒，其中多孔硅的孔径为2‑
50nm
，银纳米颗粒尺寸为2‑
200nm。
所述海绵硅
‑
银材料按照重量份：
80
‑
95
份硅，5‑
20
份银
。
[0006]技术方案：本专利技术所述的一种用于固态锂电池的复合固态负极的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)
配置腐蚀溶液包括：硝酸银
、
过氧化氢和氢氟酸的腐蚀溶液；
[0008](2)
将硅粉投入含有步骤
(1)
所述腐蚀液的容器加热腐蚀；
[0009](3)
将步骤
(2)
中得到的样品过滤
、
水洗
、
烘干得到硅
‑
银复合材料
。
[0010]进一步地，所述步骤
(1)
中硝酸银的浓度为
0.005
‑
0.1M
；
[0011]进一步地，所述步骤
(1)
中过氧化氢百分比为
0.1
‑
1.5
％；
[0012]进一步地，所述步骤
(1)
中氢氟酸浓度为1‑
5M
；
[0013]进一步地，所述步骤
(2)
中加热温度为
40
‑
60℃
；
[0014]进一步地，所述步骤
(2)
中腐蚀时间为2‑
30min。
[0015]一种上述制备方法制备得到的用于固态锂离子电池的海绵硅
‑
银复合固态负极
。
[0016]有益效果：
(1)
相比于纳米硅的高比表面积和高反应活性，微米硅的比表面积低，振实密度大，因此采用微米级硅负极与电解质的副反应少，电池的库伦效率高，体积能量密度高
。(2)
海绵硅的内部空隙为硅在充放电过程中的体积变化提供空间，释放应力，缓解颗粒破碎，延长电池循环寿命
。(3)
银纳米颗粒在充电过程中生成锂银合金固溶体，构建快速的电子
/
离子导电通道，该固溶体具有类似液体的流动特性，能够充分浸润和修复体积膨胀和收缩过程中的电子
/
离子导电通道，从而保证负极活性材料在固态电池中的容量发挥和循环稳定性
。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的海绵硅
‑
银的表面扫描电镜形貌图
。
[0018]图2为实施例1所得海绵硅
‑
银负极的截面扫描电镜形貌图
。
[0019]图3为实施例1所得海绵硅
‑
银负极的透射电镜形貌图
。
[0020]图4为实施例1所得海绵硅
‑
银负极的透
X
射线衍射图谱
。
[0021]图5为实施例1所得海绵硅
‑
银负极的充放电电压
‑
容量曲线
。
[0022]图6为实施例1所得海绵硅
‑
银负极的倍率性能图
。
[0023]图7为实施例1所得海绵硅
‑
银负极的循环性能图
。
具体实施方式
[0024]本专利技术的优势在于利用低成本
、
低比表面积的微米级硅负极制备高电池的库伦效率，高体积能量密度的固态锂离子电池
。
进一步地，利用海绵硅的内部孔径为硅在充放电过程中的体积变化提供空间，释放应力，缓解颗粒破碎
。
进一步地利用银纳米颗粒在充电过程中生成锂银合金固溶体，构建快速的电子
/
离子导电通道，该固溶体具有类似液体的流动特性，能够充分浸润和修复体积膨胀和收缩过程中的电子
/
离子导电通道，从而保证负极活性材料在固态电池中的容量发挥和循环稳定性
。
[0025]为进一步了解本专利技术的内容，结合附图及实施例对本专利技术作详细描述
。
[0026]实施例1[0027]配置腐蚀液：
0.02M AgNO3+5M HF+1
％
H2O2，将平均直径为
1.5
μ
m
的微米硅粉加入上述腐蚀液中在
50℃
温度下腐蚀
30min。
收集腐蚀得到的样品并用去离子水和乙醇各冲洗5遍，置于
60℃
的真空烘箱中烘烤
2h
得到海绵硅
‑
银复合材料
。
[0028]本实施例制备的海绵硅
‑
银复合材料表面
SEM
如图1所示，平均孔径为
15
‑
20nm
，银纳米颗粒尺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于固态锂电池的海绵硅
‑
银复合材料
。2.
根据权利要求1所述的海绵硅
‑
银材料，其特征在于，所述海绵硅颗粒的尺寸在1‑
10
μ
m。3.
根据权利要求1所述的海绵硅
‑
银材料，其特征在于，所述海绵硅为多孔硅，孔径为2‑
50nm。4.
根据权利要求1所述的海绵硅
‑
银材料，其特征在于，所述银纳米颗粒尺寸为2‑
200nm。5.
根据权利要求1所述的海绵硅
‑
银材料，其特征在于，所述海绵硅
‑
银按重量份：
80
‑
95
份硅，5‑
20
份银
。6.
一种用于固态锂电池的海绵硅
‑
银负极的制备方法，包括以下步骤，
(1)
配置腐蚀溶液包括：硝酸银
、...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩响，陆俊杰，陈继章，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：