一种将工业硅粉用作锂离子电池负极材料的方法技术

一种将工业硅粉用作锂离子电池负极材料的方法，步骤如下：1）将工业硅粉、导电炭黑、粘结剂和分散剂加去离子水混合；2）利用磁力搅拌棒搅拌混合均匀，制得糊状物；3）将糊状物均匀涂布在集流体表面，烘干后即做成电极片。本发明专利技术的优点是：1）工业硅粉的价格远远低于高纯硅，价格低廉；2）工业硅粉中的合金元素既可以改善导电性，又能缓解硅在脱嵌锂时的体积效应，避免了对纯硅进行掺杂的工序；3）减轻了我国对高纯硅需求压力，减轻硅提纯时产生的环境污染，既环保又节能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池负极材料，特别是。
技术介绍
随着动力锂电池的开发，高容量负极材料是必不可少的。硅(Si)具有接近4200mAh/g的理论嵌锂容量，现已成为目前研究的主要负极材料之一。但是硅的循环性能较差，这是因为硅基负极材料的两个缺点，一个是在充放电过程中伴有较大的体积变化，产生硅粒破裂和粉化现象，导致导电网络与硅粒子之间发生分离，内阻突然增加，容量快速下降；另一方面高纯硅是不导电的，所以需要对高纯硅进行掺杂或者改性之后才能作为电极材料。针对以上纯硅的两个缺点，目前主要采用以下方法是对纯硅进行改性1)硅材料纳米化。使获得的电极材料有足够多的空间缓解硅的体积效应。颗粒的细化增加了硅的比表面积，使得锂原子更容易嵌入和脱出；纳米级硅材料可以缓解体积效应，提高循环性能。但纳米材料容易团聚，不能从根本上解决循环稳定性问题。2)硅材料包覆。现在主要是利用碳材料进行包覆，一方面包覆可以提高导电性，另一方面，碳类材料在硅颗粒的表面，可以缓解硅颗粒体积膨胀导致的粉化细化，使得循环性能更好；硅包碳Si/C复合材料较碳材料能够具有较高的容量和循环性能，但是硅的含量对材料的性能有很大的影响，一方面当硅含量较高时，硅颗粒在脱嵌锂的过程中有了体积效应，结构变得不稳定；而且在后续循环中覆盖在表面的硅表现出明显的体积效应，使得材料的循环稳定性急剧下降。含少量硅的复合材料在循环过程中也未能抑制容量的降低，可能因为表面裸露的硅与石墨结合力弱，在循环过程中Si与石墨分离而发生团聚，所以硅包覆碳复合材料不能同时提高容量和循环稳定性。3)娃材料的掺杂。目前主要是对娃粉利用机械合金化方法掺入一些合金兀素，主要的目的是提高导电性，并且合金元素可以改善硅晶体结构，有效地缓解体积效应。目前对硅的改性基本上是在高纯硅粉上进行的，高纯硅粉硅含量通常在99. 9999% (6N)以上，材料成本高。高纯硅材料是指由单一的硅原子所组成，硅原子在三维空间呈规则排列的多晶硅。在利用高纯硅制作电极材料时需要对其进行改性和掺杂来提高电极材料本身的导电性。既然在后续制作电极中需要对高纯硅粉进行掺杂和改性以提高其导电性，降低储锂过程中的体积膨胀，那么把硅作为电极材料时不一定需要以高纯硅为原料。工业硅粉又称金属硅粉，是银灰色或暗灰色粉末，有金属光泽，其熔点高、耐热性能好、电阻率高，具有高度抗氧化作用，被称为“工业味精”，是很多高科技产业不可缺少的基本原材料。工业上，通常是在电炉中由碳还原二氧化硅而制得金属硅。化学反应方程式为Si02+2C—Si+2C0。这样制得的硅纯度为97-98%，其余成分为铁，铝，钙等，也叫金属硅，粒径在Ium-IOOum之间，金属硅分好多种类，是以硅，铁，铝，钙的含量来进行分类的。目前工业硅粉主要用于以下几个方面I)工业硅粉广泛的应用于耐火材料、粉末冶金行业中，以提高产品的耐高温，耐磨损和抗氧化性，其产品被广泛的应用于炼钢炉、窑炉、窑具中；2)在有机娃化工行业,工业娃粉是有机娃高分子合成的基础原料,如用于生产娃单体、硅油、硅橡胶防腐剂，从而提高产品的耐高温性、电绝缘性、耐腐蚀性、防腐蚀性、防水等特性；3)工业硅粉经拉制成单晶硅，加工而成的硅片被广泛应用于高科技领域，是集成电路，电子元件必不可少的 原材料；4)冶金铸造行业中，工业硅粉作为非铁基合金添加剂、硅钢合金剂，从而提高钢淬透性。工业硅粉也可应用于某些金属的还原剂，用于新型陶瓷合金等。目前利用工业硅粉作为锂离子电池负极材料的国内未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述技术分析，提供，用作锂离子电池负极材料的工业硅粉具有高容量、性能优异、价格低廉的优点，可拓展工业硅粉的使用范围，满足人们对高容量小体积电池的需要。本专利技术的技术方案，步骤如下I)将工业硅粉、导电炭黑、粘结剂和分散剂加去离子水混合；2)利用磁力搅拌棒搅拌混合均匀，制得糊状物；3)将糊状物均匀涂布在集流体表面，烘干后即做成电极片。所述工业硅粉的粒径为IO-IOOum ;导电炭黑的比表面积为10-3000m2/g ;粘结剂为丁苯橡胶(SBR);分散剂为羟甲基纤维素(CMC)。所述硅材料、导电炭黑、粘结剂(SBR)、分散剂(CMC)的质量比为85 : 10 : 2 : 3。所述固体物料用去离子水调制成浆料，固体物料与去离子水的质量比为I 0. 5-2。所述集流体为铜箔或泡沫镍，糊状物与集流体的质量表面比为2-lOmg/cm2。本专利技术的优点I)工业硅粉的价格远远低于高纯硅，价格低廉；2)工业硅粉中的合金元素既可以改善导电性，又能缓解硅在脱嵌锂时的体积效应，避免了对纯硅进行掺杂的工序；3)减轻了我国对高纯硅需求压力，减轻硅提纯时产生的环境污染，既环保又节倉泛 具体实施方式以下通过实施例讲述本专利技术的详细过程，提供实施例是为了理解的方便，绝不是限制本专利技术。实施例，步骤如下I)将85g粒径为IOum的工业硅粉、IOg比表面积为250m2/g的导电炭黑、2g粘结剂丁苯橡胶(SBR)和3g分散剂轻甲基纤维素(CMC)加IOOg去离子水混合；2)利用磁力搅拌棒搅拌混合均匀，制得糊状物；3)将糊状物均匀涂布在铜箔表面，糊状物与铜箔的质量表面比为，3mg/cm2，烘干后即做成电极片。检测显示金属娃的首次充电容量为1500mAh/g,损失46%的比容量，比纯娃提高 80%以上。纯硅十次循环以后充放电容量减为170mAh/g，金属硅10次循环以后充放电容量为800mAh/g左右。以上实验表明金属娃的循环性能比纯娃要大为改善。权利要求1.，其特征在于步骤如下 1)将工业硅粉、导电炭黑、粘结剂和分散剂加去离子水混合； 2)利用磁力搅拌棒搅拌混合均匀，制得糊状物； 3)将糊状物均匀涂布在集流体表面，烘干后即做成电极片。2.根据权利要求I所述将工业硅粉用作锂离子电池负极材料的方法，其特征在于所述工业硅粉的粒径为IO-IOOum ;导电炭黑的比表面积为10-3000m2/g ;粘结剂为丁苯橡胶(SBR);分散剂为羟甲基纤维素(CMC)。3.根据权利要求I所述将工业硅粉用作锂离子电池负极材料的方法，其特征在于所述硅材料、导电炭黑、粘结剂(SBR)、分散剂(CMC)的质量比为85 : 10 : 2 : 3。4.根据权利要求I所述将工业硅粉用作锂离子电池负极材料的方法，其特征在于所述固体物料用去离子水调制成浆料，固体物料与去离子水的质量比为I : 0.5-2。5.根据权利要求I所述将工业硅粉用作锂离子电池负极材料的方法，其特征在于所述集流体为铜箔或泡沫镍，糊状物与集流体的质量表面比为2-lOmg/cm2。全文摘要，步骤如下1)将工业硅粉、导电炭黑、粘结剂和分散剂加去离子水混合；2)利用磁力搅拌棒搅拌混合均匀，制得糊状物；3)将糊状物均匀涂布在集流体表面，烘干后即做成电极片。本专利技术的优点是1)工业硅粉的价格远远低于高纯硅，价格低廉；2)工业硅粉中的合金元素既可以改善导电性，又能缓解硅在脱嵌锂时的体积效应，避免了对纯硅进行掺杂的工序；3)减轻了我国对高纯硅需求压力，减轻硅提纯时产生的环境污染，既环保又节能。文档编号H01M4/1395GK102623683SQ20121010665公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月12日 优先权日2012年本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姜训勇，张瑞，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：