[发明专利]一种以泡沫导电网为载体合成硅电极的制备工艺

说明书

本发明涉及一种以泡沫导电网为载体合成硅电极的制备工艺，以泡沫导电网为载体，有机硅水解沉积二氧化硅，与氯化铝混合、热还原、喷抹碳材料和聚偏二氟乙烯的乙醇混合液，获得泡沫导电网/SiOx/C电极；泡沫导电网由骨架金属和牺牲金属组成；骨架金属为镍、铁、铜、锡、银的一种或多种；牺牲金属为镁、铝、锂的一种或多种；骨架金属与牺牲金属的摩尔比为0.1～5；牺牲金属与硅的摩尔比为1～4；牺牲金属与氯化铝的摩尔比为0.8～1.2；碳材料和聚偏二氟乙烯乙醇混合液为氧化石墨烯、多壁纳米碳管、单壁纳米碳管、炭黑、石墨烯、乙炔黑、活性炭、石墨、碳微球、聚苯胺、聚吡咯的一种或多种；该负极材料具有很好的电化学性能，在锂离子电池领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种硅电极的制备工艺，具体涉及一种以泡沫导电网为载体合成硅电极的制备工艺。

背景技术

硅是新一代锂离子电池负极材料，具有电化学容量高、储量丰富、价格低廉等有点；但硅导电性差、充放电过程中体积变化大，导致硅的电化学容量低、循环寿命差，限制了其商业应用。目前，科研人员主要采用以下方法提高硅电化学性能；1)硅纳米颗粒、薄膜、纳米线。与微米级的硅颗粒相比，纳米硅材料在同等条件下比表面积大，有利于材料与集流体和电解液的充分接触；电子传递速率快，倍率性能好；充放电过程中嵌入/脱锂锂离子时的应力和应变小，材料的屈服强度和抗粉化能力强，使得电极能够承受更大的应力和形变而不粉碎，进而获得更高的可逆容量和更好的循环稳定性。2)硅基复合材料；基质材料具有高的机械强度和电导率；在充放电的过程中，基质材料缓冲和调节硅活性材料体积变化，阻止电极材料的粉化和脱落；促进电子和离子的移动，并减少活性电极材料与电解液的接触面积，在电极/电解液界面形成稳定的SEI膜，从而提高材料的循环稳定性和降低首次不可逆容量。3)多孔硅基复合材料；合成三维结构的多孔材料可提高硅材料的可逆容量和循环稳定性，孔结构体积膨胀过程中提供一定缓冲空间，缓解应力变化，提高材料与电解液接触面积，提高离子/电子的传输，改善硅材料的电化学性能。

目前，锂离子电池负极制备，还需要活性物质和导电碳、粘结剂混合，再涂抹在铜片上，制备成电极片；导电碳、粘结剂和铜片的加入不但增加了制备成本，也降低了电极片上活性物质硅颗粒的质量含量，降低了锂离子负极片的电化学容量。因此，把硅材料与电极片制备有效结合在一起，是提高锂离子电池负极电化学容量的一种方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种以泡沫导电网为载体合成硅电极的制备工艺，克服现有制备技术的缺陷，降低硅电极制备成本，提高锂离子电池负极的电化学容量。为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：以泡沫导电网为载体，有机硅水解沉积二氧化硅，烘干、与氯化铝混合、热还原、酸洗、水洗、喷抹碳材料和聚偏二氟乙烯的乙醇混合液、烘干，获得泡沫导电网/SiOx/C电极；泡沫导电网的厚度为0.5～5毫米，比表面积为0.7～10平方米/克，孔径为1～200微米，孔隙率大于95％；泡沫导电网由骨架金属和牺牲金属组成；骨架金属为镍、铁、铜、锡、银的一种或多种；牺牲金属为镁、铝、锂的一种或多种；骨架金属与牺牲金属的摩尔比为0.1～5；牺牲金属与硅的摩尔比为1～4；牺牲金属与氯化铝的摩尔比为0.8～1.2；碳材料为氧化石墨烯、多壁纳米碳管、单壁纳米碳管、炭黑、石墨烯、乙炔黑、活性炭、石墨、碳微球、聚苯胺、聚吡咯的一种或多种；硅与碳材料的质量为比20～1，碳材料与聚偏二氟乙烯的质量比为10～0.05；一种以泡沫导电网为载体合成硅电极的制备工艺包括：

1)裁剪一定面积的泡沫导电网浸入硅酸酯、表面活性剂的乙醇溶液，温度控制在40～70℃；喷入热水，震动导电网1～40h；

2)将步骤1)的产物分离、烘干，与氯化铝放入容器、抽真空、封闭、在200～500℃放置2～40h；

3)将步骤2)的产物投入盐酸溶液，浸渍5～60h；分离、去离子水洗涤、烘干；

4)配置碳材料和聚偏二氟乙烯乙醇混合液，并把碳材料和聚偏二氟乙烯乙醇混合液喷抹在步骤3)的产物表面、烘干、压片，获得泡沫导电网/SiOx/C电极。