[发明专利]多孔硅/碳锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔硅/碳锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：利用聚环氧乙烷‑聚环氧丙烷‑聚环氧乙烷三嵌段共聚物、1,3,5‑三甲苯、正硅酸甲酯等制备获得多孔二氧化硅；多孔二氧化硅与镁粉进行热处理，得到多孔硅；将多孔硅与盐酸多巴胺DA‑HCl加入至Tris‑HCl溶液中，磁力搅拌后离心，所述沉淀物热处理，得多孔硅/碳锂离子电池负极材料。该多孔硅/碳复合负极材料具有优异的孔隙特性和共连续骨架，能更好地缓解硅在嵌锂过程中的体积膨胀。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料领域，特别是阶层多孔硅/碳锂离子电池负极材料的制备方法。

背景技术

在重视环境保护的当下和人工智能时代的到来，能源的存储和运输扮演着十分重要的角色。锂离子电池因为容量大，循环寿命长，安全性高等优点而逐渐成为市场主流。锂离子电池主要由三部分组成：负极，电解质和正极。负极的性能对全电池的应用影响很大。最开始投入使用的负极材料是碳电极，其循环稳定性和安全性都尚可，然而其容量只有372mAh/g，这逐渐不能满足人们的需要。于是寻找容量高的负极材料已成为一种迫切的需求。硅材料可做为锂离子电池的负极，其理论比容量高达4200mAh/g，这是目前已知的容量最高的一种负极材料。

然而硅作为锂离子电池负极材料会出现一个十分严重的问题：理论下在循环过程中其体积膨胀可达400％，这会带来其他一系列问题，如：电极材料的粉化，电极材料与集电器脱离导致容量衰减，固态电解质界面层(SEI层)不断地产生等，这些问题导致以硅为负极材料的电池的循环稳定性差，库伦效率也低。

目前解决硅体积膨胀带来的不利影响主要有以下途径：

1)制备纳米级的硅材料，如硅纳米球，硅纳米线，纳米材料屈服强度和断裂强度高的特点可以缓解硅材料在循环过程中的应力效应，避免了活性材料粉化或与集流体脱离；

2)设计特殊结构，如多孔结构，核壳结构，空心结构等，即是设计空隙容纳硅的体积膨胀，本质也是为了释放循环过程中硅体积膨胀产生的应力；

3)与碳等材料复合，一方面是提高电极材料的导电性，另一方面是为了减少SEI层的产生，提高电池的循环稳定性。多孔材料一般具有孔隙率或比表面积优异的特点，有报道称当孔隙率达68％时，硅材料的体积基本不会发生太大变化，同时有利于离子的扩散；丰富的比表面积可以提供足够的活性位点，因为这些优点，多孔材料常常被优选作为理想的电极材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种多孔硅/碳复合锂离子电池负极材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种多孔硅/碳锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)、多孔二氧化硅的制备：

先将10g聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)溶于50±5mL浓度为0.1M的盐酸溶液中，然后加入5±0.5mL的1,3,5-三甲苯，然后再加入10～20mL的正硅酸甲酯磁力搅拌10±1小时，接着加入10±1mL作为凝胶促进剂的环氧丙烷磁力搅拌5±1分钟，静止直至形成凝胶；

所得的凝胶先于60±10℃陈化24±2小时，乙醇置换，再60±10℃干燥24±2小时，得多孔二氧化硅；

2)、多孔硅的制备：

将步骤1)制备所得的多孔二氧化硅与镁粉(200目)按1:1的质量比混合，在惰性气体(例如氩气)气氛下，于700～800℃热处理4.5±0.5小时；

所得的热处理产物用盐酸清洗，离心后，于60±10℃干燥12±1小时，得到多孔硅；

3)、多孔硅/碳锂离子电池负极材料的制备