[发明专利]一种锂离子电池用多孔负极材料的制备方法及应用

说明书

一种锂离子电池用多孔负极材料的制备方法，利用脱合金技术制备出以镍为骨架、以硅掺杂的氧化镍作活性物质的双峰多孔负极材料，制备步骤如下：依次制备出Ni‑Si‑Al合金锭及合金条带，再利用脱合金方法将其制成双峰纳米多孔负极材料。所制备的锂离子电池用多孔负极材料的应用，用于组装半电池。本发明的优点是：该方法利用脱合金技术制备出以镍为骨架、以硅掺杂的氧化镍作活性物质的双峰多孔负极材料，其展现出高的库伦效率和循环稳定性，且具有材料成本低、制备过程简单、工艺周期短等特点，克服了现有技术工艺复杂、设备复杂程度高、生产周期长、能耗高、原材料成本高、产量低，不适合大规模工业化生产等缺点。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极电极材料制备领域，具体涉及一种锂离子电池用多孔负极材料的制备方法及应用。

背景技术

开发高性能锂离子电池，促进新能源的高效利用，是解决日益加剧的能源与环境危机的重要途径。氧化镍等过渡金属氧化物属于转换反应型储锂负极材料，在电池锂化/去锂化过程中，巨大的结构重构和体积变化引起了负极材料的粉化和活性物质颗粒的孤立、脱落，进而引起活性物质颗粒间电接触性变差，引发该类负极材料充放电循环稳定性较差。如何抑制过渡金属氧化物负极材料在电池充放电循环中稳定性的变差，是当前锂电研究的热点问题。有研究表明，将负极材料纳米化和多孔化，为负极材料的体积剧变提供适宜的空间，是改善其循环稳定性的有效方法。

现有技术中，CN104600312A公开了一种锂离子电池多孔负极材料的制备方法，其需在3000℃以上进行气化造孔，该方法能耗高，对设备要求高，增加了生产成本。且该负极材料制备需经历低温碳化、高温石墨化、气化造孔、外部包覆等操作，工艺过程复杂，生产周期长。此外，该发明涉及的多孔负极材料为多孔碳材料，受碳材料本身理论容量的制约，最高充、放电容量均低于400mAh/g，电池电容量表现一般，难以满足更高的应用需求。CN103779581A公开了一种多孔负极极片及其制备方法，该专利多孔集流体的孔间距较大(0.2-2mm)，加大了锂离子与活性物质间的扩散距离，影响了电池的倍率性能。该专利多孔负极极片表面需进行涂层保护，涂层材料包括一种或几种高分子聚合物、陶瓷粉体材料等，制备工序复杂。并且该专利的活性物质需采用化学气相沉积法、电化学沉积法等进行沉积，制备工艺周期长，产量低。CN105514421A公开了一种改性氧化镍负极材料及其制备方法，该方法需在450-900℃将金属元素硝酸盐和硝酸镍混合液进行喷雾热解处理，且喷雾热解过程中需引入一定流速的氧气或空气作为载流气，工艺要求高，需在高温操作，能耗高，设备复杂程度高，增加了生产成本。CN105789560A公开了一种采用激光熔覆复合扩散焊和脱合金制备锂离子电池硅负极的方法，该方法采用激光熔覆技术制备铝硅合金前驱体，其对设备要求高，增加了生产成本，然后通过扩散焊将前驱体与集流体焊接在一起，对焊接工艺要求相当精密，以保证前驱体与集流体间的有效接触和界面保持，整体工艺复杂，较适于单件生产，不利于大规模工业化生产。CN106025243A公开了一种锂离子电池硅负极复合材料及其制备方法，该方法制备了一种双壳层结构，首先利用纳米硅和纳米Fe₃O₄微球混合，这对样品初始材料的要求高，增加了材料成本，再将混合物进行碳包覆，随后再在外层进行导电聚合物薄膜的第二层包覆，可见其工艺复杂，制备周期较长，最后通过刻蚀法将纳米Fe₃O₄微球腐蚀掉，虽生成了内部空腔，却造成了对纳米原材料使用的极大浪费。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种锂离子电池用多孔负极材料的制备方法和应用，该方法利用脱合金技术制备出以镍为骨架、以硅掺杂的氧化镍作活性物质的双峰多孔负极材料，其展现出高的库伦效率和循环稳定性，且具有材料成本低、制备过程简单、工艺周期短等特点，克服了现有技术工艺复杂、设备复杂程度高、生产周期长、能耗高、原材料成本高、产量低，不适合大规模工业化生产等缺点。

本发明的技术方案：