[发明专利]自愈特性的合金化硅基负极及其制备方法和电极

说明书

本发明涉及一种自愈特性的合金化硅基负极的制备方法，包括以下步骤：将液态的Ga‑In‑Sn合金和3‑巯基丙酸酯加入到异丙醇中进行超声处理；将具有三维多孔结构的Si‑Ge合金加入到带有Ga‑In‑Sn纳米颗粒的异丙醇溶液中，再将复合溶液进行超声处理；对所述复合溶液抽滤除去过量的Ga‑In‑Sn合金，得到样品经加热后得到具有自愈性且具有纳米多孔结构的Si‑Ge负极材料。还涉及一种自愈特性的合金化硅基负极，包括上述自愈特性的合金化硅基负极的制备方法制得的Si‑Ge负极材料。通过牺牲部分能量密度，来提高硅基负极的循环性，同时利用Ga‑In‑Sn合金来对硅基材料进行改性来使其具有自愈合功能。本发明进一步涉及一种电极，包含上述自愈特性的合金化硅基负极。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种合金化硅基负极及其制备方法，尤其是涉及一种自愈特性的合金化硅基负极及其制备方法和电极。

背景技术

目前为止，新能源汽车的快充性能一直是造成里程焦虑的一个重要因素，而新能源汽车的快充性能又主要由其电池决定。因此，提高电动车的快充性能成为新能源汽车里程焦虑一个根本性的解决方案。由于材料结构的限制传统石墨的插层反应限制了锂离子电池的快充性能。因此，通过合金化来存储锂的硅元素因其远高于石墨的比能量被认为是第二代锂离子电池理想的负极材料。但硅在嵌锂和脱锂反应中会产生剧烈的膨胀，这会导致活性颗粒的粉化，SEI膜的破碎，以及负极导电网络的破坏。

当前企业通常是将硅纳米化和通过C/Si复合材料来预留膨胀空间的方法解决硅膨胀的问题，但其可循环容量较低，且循环寿命较低，不足以用于电动车等动力电池领域。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供了一种自愈特性的合金化硅基负极的制备方法。

本发明的另一目的是针对上述问题，提供了一种自愈特性的合金化硅基负极。

本发明的又一目的是针对上述问题，提供了一种电极。

本发明创造性地提出了一种自愈特性的合金化硅基负极的制备方法，将具有纳米多孔结构的Si-Ge负极材料通过Ga-In-Sn合金包覆改性，得到具有自愈性且具有纳米多孔结构的Si-Ge负极材料。

采用三维多孔结构的Si-Ge合金，通过与牺牲部分能量密度，来提高硅基负极的循环性，同时利用Ga-In-Sn合金来对硅基材料进行改性，形成具有固液混合态的合金，使其具有自愈合功能，从而提高可循环容量，延长负极材料的循环寿命。

在上述的一种自愈特性的合金化硅基负极的制备方法中，具有纳米多孔结构的Si-Ge负极材料以Si-Ge-Al合金为原材料制备而成。

在上述的一种自愈特性的合金化硅基负极的制备方法中，按重量百分比计，以5％～10％Si、15％～25％Ge及65％～80％Al在充满保护气的电弧炉中熔化形成所述Si-Ge-Al合金。

在一种较为优选的实施方式中，按重量百分比计，以9％～10％Si、19％Ge及70％～71％Al在充满保护气的电弧炉中以1500℃以上温度熔化形成所述Si-Ge-Al合金。

保护气可以采用还原性气体或惰性气体，例如：CO₂，N₂，He，Ar，CO，H₂等。

通过高含量的Al单质组成Si-Ge-Al合金，能够制备三维多孔结构的Si-Ge合金，并且具有较高的比表面积。

在上述的一种自愈特性的合金化硅基负极的制备方法中，具有三维多孔结构的Si-Ge合金的制备方法为：将Si-Ge-Al合金熔化，用1～5atm的惰性气体将熔化的合金以2500r/min以上的高速吹出形成合金带，用55～90℃的盐酸溶液浸泡去除合金带中的Al，从而形成具有三维多孔结构的Si-Ge合金。

通过该方法制备的Si-Ge合金为NP-GeSi合金。