[发明专利]一种柔性自支撑硅基锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池负极材料制备技术领域，涉及一种柔性自支撑硅基锂离子电池负极材料的制备方法。通过将纳米硅材料、纳米纤维素和表面活性剂共同分散在溶剂中，经蒸发诱导自组装过程，得到硅/纳米纤维素复合薄膜；将硅/纳米纤维素复合薄膜进行高温热处理得到柔性自支撑硅/多孔炭锂离子负极材料。本发明将纳米硅材料引入柔性炭基底薄膜中，得到机械柔韧性能优异的自支撑负极材料，避免了粘结剂和导电剂的加入，可直接作为锂离子电池电极，缩减了制备工艺的同时保证了锂离子电池的性能。本发明方法操作简单，所制备柔性薄膜材料的容量高、循环稳定性好，在锂离子电池负极材料领域有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料制备技术领域，涉及一种柔性自支撑硅基锂离子电池负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为新一代的二次化学电源，由于其具有能量密度高、循环寿命长、绿色环保等诸多优点受到广泛青睐。随着电子产品的快速发展，市场也对锂离子电池的能量密度提出了更高的需求。而目前商用锂离子电池的负极材料主要为石墨，理论比容量低(372mAh/g)，容量提升空间已达到极限。

硅材料由于具有较高的理论比容量(4200mAh/g)，是作为石墨负极的理想替代材料。然而，硅材料在充放电过程中伴随着极大的体积膨胀，会导致电极材料的破碎、粉化、剥落，使得容量快速衰退；同时，粉碎的硅颗粒不断暴露于电解液中连续形成SEI膜，对电解液和正极中的锂离子形成不可逆消耗，这些都抑制了硅负极的发展。碳复合是改善硅负极材料性能的一种有效方法。碳材料具有一定的机械柔韧性和高的导电率，能有效缓解硅材料体积膨胀效应的同时增加电极的导电性。碳复合结构可以减少硅材料与电解液接触，有利于生成稳定的SEI膜，提高电池的循环寿命。

通常，锂离子电池电极片的制备通常需要添加粘结剂使得粉末材料牢固地粘附在集流体表面上，这极大地阻碍了电子的传输。同时，制备工序复杂、冗长，增加工业化成本。将电极材料薄膜化，不仅可以大大缩减制备工艺流程，而且可以有效缓解电极的体积膨胀效应，提高循环稳定性。

鉴于上述情况，研究自支撑和更高比容量的柔性硅负极材料已成为亟需解决的问题，同时对降低成本和规模化生产也提出了更高的挑战。

发明内容

本发明的目的为了克服上述现有技术存在的不足而提供一种低成本、易规模化的制备柔性自支撑硅基锂离子电池负极材料的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种柔性自支撑硅基锂离子电池负极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

将脱脂棉花加入硫酸溶液中，60℃条件下不断搅拌，30min后停止加热，并加入去离子水(通常500mL)稀释，冷却至室温。水解产物经多次离心、洗涤至上层清液不再透明，再次分散于去离子水中，得到纳米纤维素晶体分散液；

将纳米硅颗粒和表面活性剂加入步骤(1)中得到的纳米纤维素晶体分散液中，并进行磁力搅拌和超声处理，形成混合溶液；

将步骤(2)中得到的混合溶液转移至干净的聚四氟培养皿中，置于平整通风处，室温条件下，静置18-24小时后，得到硅/纳米纤维素复合薄膜；

将步骤(3)中得到的硅/纳米纤维素复合薄膜材料经高温热处理，得到柔性自支撑硅/多孔炭负极材料。

本发明提供的硅基柔性自支撑复合电极的制备方法，该方法利用纳米纤维素的自组装成膜特性，将纳米硅材料引入纤维骨架中，得到机械柔韧性能良好的柔性自支撑硅/多孔炭负极材料。该方法制备的复合膜电极避免了粘结剂的加入和搅浆涂覆工艺，简化了制备工序，同时保证锂离子电池高容量性能和使用寿命。