一种锂电池负极材料纳米多孔硅的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107742715A(43)申请公布日2018.02.27(21)申请号201711008723.6(22)申请日2017.10.25(71)申请人山东大学地址250061山东省济南市经十路17923号(72)发明人冯金奎安永灵(74)专利代理机构济南圣达知识产权代理有限公司37221代理人王志坤(51)Int.Cl.H01M4/38(2006.01)H01M10/0525(2010.01)C01B33/021(2006.01)B82Y30/00(2011.01)B82Y40/00(2011.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种锂电池负极材料纳米多孔硅的制备方法(57)摘要本发明涉及一种多孔硅或多孔硅金属及其制备方法，包括：1）将纳米硅基合金中置于真空热处理炉中，真空度保持在-0.095~0Mpa之间；然后加热，温度保持在600~1300℃之间，并保温0.1-10h；3）待纳米硅基合金中的易挥发合金元素在真空条件下逐渐挥发，即得锂电池负极材料纳米多孔硅；与现有技术相比，本发明的制备方法简单、制备的纳米多孔硅孔径分散均匀，比能量高、循环性好、倍率性能好，反应过程简单以及耗时少等优点，同时，本发明的制备方法成本低、制备效率高，能更好地满足工业化生产的需要，实现大规模生产。CN107742715ACN107742715A权利要求书1/1页1.一种锂电池负极材料纳米多孔硅的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：1)将纳米硅基合金置于真空热处理炉中，加热并保温；2)待纳米硅基合金中的合金元素在真空条件下逐渐挥发，即得锂电池负极材料纳米多孔硅。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述纳米硅基合金应至少含有一种易挥发的合金元素。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述易挥发合金元素的蒸汽压比硅基合金中硅元素的蒸汽压高。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述易挥发合金元素为铝、锌、镉、铋、钡、钙、铕、锂、硒、镁、锶、锑、碲、铊、镱中的一种或几种的混合物。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述真空热处理炉中的真空度保持在-0.08～0Mpa之间。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述加热温度为1000～1300℃。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述保温的时间为20-50min。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述纳米硅基合金中易挥发元素的含量控制在原子百分比10％-95％之间。9.如权利要求1-8任一所述的方法和/或上述方法制备的纳米多孔硅在锂电池、电动车以及电动汽车产品中的应用。2CN107742715A说明书1/5页一种锂电池负极材料纳米多孔硅的制备方法技术领域[0001]本发明属于锂离子电池的负极材料制备技术领域，具体涉及一种锂电池负极材料纳米多孔硅的制备方法。背景技术[0002]锂电池由于其具比能量高、自放电小、绿色环保、循环寿命长等优点，已经成为电动汽车和电池产品最具应用前景的电源体系。目前锂电池常用的负极主要是石墨类材料，这类材料的理论容量只有372mAh/g，其低的理论比容量限制了锂电池性能的整体提高，所以开发新型高比能量的负极材料尤为重要。[0003]金属硅和锂可以形成硅锂合金(Li4.4Si)，并且硅的储量丰富，来源广泛，是一种理想的锂电池负极材料。但是硅作为负极材料也有一些缺点：(1)价格昂贵，制备困难，通常纳米的硅通常是由高能球磨法或CVD法制得的，所用设备昂贵，产率低，成本高；(2)金属硅在储锂过程中体积膨胀，从而造成极片粉化脱落，导致电池性能衰减；(3)硅是一种半导体材料，导电性能较差，限制了其倍率性能。[0004]解决以上问题最常用的方法是将硅多孔化，形成多孔硅或多孔硅金属，不仅可以缓解储锂过程中的体积膨胀，而且多孔硅中分散的金属可以增强其导电性，倍率性能大大提高。想爱你有技术中，主要通过阳极氧化法、热还原法、模板法、化学气相沉积法等制备多孔硅；例如，专利201710280081.9公开了一种多孔纳米硅的制备方法，包括以下步骤：化学气相沉积法制备镁二硅粉粗品，然后再用水热法处理镁二硅粉粗品，再将水热法处理后的产物纯化后即得到多孔纳米硅。[0005]专利201510953072.2公开了一种多孔单质硅的制备方法，包括以软硅为原料，其外形为椭球形，相对于使用实心二氧化硅球来说，软硅与镁反应时，镁可以很容易进入到多孔二氧化硅的内部，并且采用分温区加热，使反应更加均匀，相对于气凝胶来说，多孔硅结构保存的更加完好和稳定，多孔硅的壁厚能保持在100nm以上。[0006]专利20151092228