固溶铝的纳米硅材料及其制备方法和作为锂二次电池负极材料的应用技术

本发明专利技术公开了一种含固溶铝的纳米硅材料及其制备方法和作为锂二次电池负极材料的应用，采用熔炼并快速冷却的方法制备细化的铝硅二相共晶（类共晶）合金，而后用去合金化法去除金属铝相，获得含有固溶铝的纳米硅材料。通过改变快速冷却的方式或速度，控制硅的纳米化程度并在体相中形成不同浓度的铝元素固溶，提升硅的电子导电性及电化学嵌脱锂可逆性，进而获得一种相较于常规纳米硅首次库伦效率及循环寿命得到大幅改善的铝固溶纳米硅材料。作为锂离子电池负极材料，该铝固溶的纳米硅相比传统纳米硅拥有优良的电子电导率和电化学嵌脱锂可逆性，有效抑制“死硅”形成，从而使电池实现高首次库伦效率、比容量和循环寿命。本发明专利技术产物通过合适工艺可进一步制备纳米硅基复合材料作为锂离子电池负极材料应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池材料领域，具体涉及一种锂离子电池用的硅基负极材料及其制备方法。

技术介绍

1、锂离子电池（libs）广泛用于各种可移动设备。硅具备超高储锂容量（3579 ma h/g）和较低的工作电位（370 mv vs. li+/li），替换现有的石墨负极，可大幅提高libs能量密度，且不易析锂、安全性较好。然而，si（电池放电态）到li15si4（电池充电态）固有的~380%晶格膨胀，使硅颗粒易在充放电循环过程中发生破裂/粉碎、电极界面失稳和电接触损失，严重影响其循环寿命。将硅晶体的尺寸纳米化可极大地缓解循环引起的应力，抑制硅一次颗粒的开裂。

2、然而纳米硅在实际应用时将面临俩大问题：一是硅是半导体，其电导率（10-5s/cm）远低于石墨（103s/cm），这将导致在电化学嵌脱锂过程中出现较大的电压极化，且易导致“死硅”的形成，恶化了材料在特定电压范围内的嵌脱锂可逆性，库伦效率和循环寿命不高；二是现有纳米硅的制备过程，或是需要使用昂贵且危化品硅烷气体（气相沉积法），或是使用复杂耗工费时的多级纳米砂磨（砂磨法），造成纳米硅的工艺成本居本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.固溶铝的纳米硅材料的制备方法，其特征在于，包括以下内容：

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤（1）~（4）分别如下：

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，其特征在于，步骤（1）中所得急冷硅合金粉经筛分后选取粒径D50=6~80 μm。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤（2）中溶剂L1为乙醇与去离子水的混合溶液，其中去离子水的体积分数为60~100%；混合液A中急冷硅合金粉和溶剂L1的质量比为1:（5~50）；所述分散方法为搅拌、超声的一种或多种的组合，分散时间为0.5~10 h。

5.根据权利要求1所述方法，其...

【技术特征摘要】

1.固溶铝的纳米硅材料的制备方法，其特征在于，包括以下内容：

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤（1）~（4）分别如下：

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，其特征在于，步骤（1）中所得急冷硅合金粉经筛分后选取粒径d50=6~80 μm。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤（2）中溶剂l1为乙醇与去离子水的混合溶液，其中去离子水的体积分数为60~100%；混合液a中急冷硅合金粉和溶剂l1的质量比为1:（5~50）；所述分散方法为搅拌、超声的一种或多种的组合，分散时间为0.5~10 h。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤（2）所述的抗氧化剂为亚硫酸钠、抗坏血酸、异抗坏血酸、抗坏血酸钠、异抗坏血酸钠的一种或几种的组合；所述的酸蚀剂为磷酸、盐酸、硫酸、草酸、硼酸的一种或几种的组合；酸蚀剂在混合液c中的质量浓度为10%~40%。

6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘慰，罗壹腾，陈云贵，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：