[发明专利]铜硅复合电极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种铜硅复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：将硅微米颗粒在水中分散均匀，然后加入盐酸多巴胺，在pH＝8.5的条件下，多巴胺发生聚合反应，得到混合溶液；向混合溶液中加入锡盐溶液，搅拌反应，使得锡离子吸附到聚多巴胺的表面，然后加入钯盐溶液，搅拌反应，钯离子被锡离子还原为金属钯，得到钯包覆的硅颗粒；配制包括铜盐、络合剂和乳酸的铜盐溶液，然后在pH为5‑11的条件下，向铜盐溶液中加入还原剂和钯包覆的硅颗粒，在钯的催化作用下，还原剂将铜离子还原为铜，得到铜硅复合电极材料。本发明制备的铜硅复合电极材料，有望以纳米铜颗粒代替铜集流体，减轻负极质量，提高电池的能量密度。

技术领域

本发明涉及电极制备技术领域，尤其涉及一种铜硅复合电极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为目前比能量最高的一种便携式化学电源之一，与其它类型的可充电电池相比，锂离子电池具有高能量密度、充放电寿命长、无记忆效应、对环境污染小、自放电低等优点。目前其应用领域由手机、笔记本电脑、数码相机及便携式小型电器所用电池和潜艇、航天、航空领域用电池，逐步走向电动汽车动力应用领域。在全球能源与环境越来越严峻的情况下，交通工具纷纷改用储能电池为主要动力源，因此开发低成本、高效率、长寿命、高安全、环境友好的锂离子电池已成为现今研究的热点。

研究发现，硅(Si)作为锂离子电池的负极材料具有很高的理论比容量4200mAh/g，以及低的工作电势(<0.5Vvs.Li/Li⁺)，且硅元素在地壳内含量丰富,来源广泛，价格便宜，成为负极材料研究的热点，具有较大开发潜力。但硅负极在实际应用时会面临一些挑战，包括嵌锂和脱锂过程中体积改变～300％，电导性低，SEI(固体电解质界面)不稳定，且较大的体积改变会导致颗粒粉化，与导电添加剂或金属集流体失去电连接，甚至会从金属集流体上剥落。体积的不断膨胀和衰减也会导致颗粒表面SEI层的破裂和重新形成，消耗电解液，增大电阻，容量衰减,从而影响了锂离子电池的充电效率、循环性、功率特性、储存寿命以及安全性等电池性能。

目前，研究人员通过设计不同的结构以提高Si负极的性能，如减小硅颗粒尺寸、设计Si 复合电极等。已有人设计出纳米颗粒，纳米线，纳米管，纳米棒等，通过减小颗粒尺寸来减小颗粒发生破裂的趋势，且使得颗粒之间电荷传输更快，解决硅负极存在的问题。

另一种来提高硅稳定性的方法是制备复合硅电极，如碳包覆硅(Si@C)复合材料，利用碳层来缓解硅在嵌锂和脱锂过程中产生的的体积膨胀，使硅颗粒与导电添加剂和金属集流体保持良好的电接触，且碳壳能够提供一种稳定的界面，稳定SEI层。除此之外，通过在Si@C 包覆中引入空间，以允许硅在循环过程中的体积膨胀和收缩。

与碳层相较，为了增加电导性，提高嵌锂容量，利用金属材料(Ag、Fe、Co、Cu)来提升锂离子电池Si负极材料的性能也成为研究的方向之一。以金属涂层作为一种缓冲材料，减小硅因体积变化而产生的机械应力，提高硅负极的容量。

上述方法均可以在一定程度上缓解硅基材料的体积效应，改善电池的循环性能。但现有技术中制备的硅与金属复合材料的电池虽然容量略有提升，但还未充分发挥出硅的容量优势，而且制备成本较高；此外，碳包覆硅的核壳结构在循环时的结构保持不佳，碳壳难以抑制硅核严重的体积效应，进而发生破裂，以至于复合材料的循环稳定性迅速变差。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种铜硅复合电极材料的制备方法，以提高锂离子电池循环后的容量剩余。

本发明提供了一种铜硅复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将硅微米颗粒(SiMPs)在水中分散均匀，然后加入盐酸多巴胺，在pH＝8.5的条件下，多巴胺发生聚合反应，得到混合溶液，混合溶液中含有聚多巴胺包覆的硅颗粒；