[发明专利]一种多孔导电陶瓷复合硅负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种多孔导电陶瓷复合硅负极材料，包括以下重量份数的原料：包覆有机模板的纳米硅粉体50‑80份、TiO₂纳米纤维粉体10‑20份、氮化促进剂0.5‑2份、去离子水300‑500和非离子表面活性剂1‑3份；包覆有机模板的纳米硅粉体包括有以下重量份数的原料：纳米硅粉20‑30份、脂肪酸4‑10份、有机溶剂10‑20份；脂肪酸为含有12‑18个碳原子的直链或者带支链的脂肪酸。本发明还提供上述多孔导电陶瓷复合硅负极材料的制备方法。本发明提供的多孔导电陶瓷复合硅负极材料，其多孔包覆层有效缓冲了纳米硅的体积膨胀并且保持硅材料具有高导电特性，提升锂离子的迁移率，且有效避免了硅负极与电解液直接接触，可在复合硅负极表面形成坚固的SEI膜，大大提升了硅材料的循环性能。

技术领域

本发明涉及电极材料的制备技术领域，具体涉及一种多孔导电陶瓷复合硅负极材料及其制备方法。

背景技术

目前市场上锂离子电池常用的负极材料主要是石墨类材料，如天然石墨、人造石墨、硬碳、中间相碳微球等，但是碳负极材料理论容量仅为372mAh/g；并且，这种材料的嵌锂电位主要集中在0-0.1V范围内，非常接近金属锂的沉积电势，不利于电池的安全性，而钛酸锂负极材料最大的问题就是理论容量较低，容易产生胀气，不符合动力电池发展趋势。

硅被认为最有可能替代石墨的新型负极材料之一，因为硅的理论比容量为4200mAh/g，远高于石墨材料的比容量，且硅的电压平台略高于石墨，在充电时不会引起表面析锂，安全性能更好，另外硅的来源广泛，存储丰富，如专利CN111115638A公开了一种硅基负极材料的制备方法。但是硅负极也面临严重的问他，首先，硅自身的电导率较低，不能直接作为负极材料使用；其次，硅材料使用过程中体积变化大(约300％)，从而易使材料逐渐粉化，造成结构坍陷，最终导致电极活性物质与集流体脱离，丧失电接触，导致电池循环性能大大降低；伴随着电极结构的破坏，在暴露出的硅表面不断形成新的SEI膜，加剧了硅的腐蚀和容量衰减。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于解决锂电池中硅负极材料电导率低及易发生体积膨胀失效的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种多孔导电陶瓷复合硅负极材料，包括以下重量份数的原料：包覆有机模板的纳米硅粉体50-80份、TiO₂纳米纤维粉体10-20份、氮化促进剂0.5-2份、去离子水300-500份和非离子表面活性剂1-3份；

所述包覆有机模板的纳米硅粉体包括有以下重量份数的原料：纳米硅粉20-30份、脂肪酸4-10份、有机溶剂10-20份；

所述脂肪酸为含有12-18个碳原子的直链或者带支链的脂肪酸。

本发明提供的多孔导电陶瓷复合硅负极材料，其多孔包覆层有效缓冲了纳米硅的体积膨胀并且保持硅材料具有高导电特性，提升锂离子的迁移率，且有效避免了硅负极与电解液直接接触，可在复合硅负极表面形成坚固的SEI膜，大大提升了硅材料的循环性能。

优选地，所述有机溶剂是酯类或者酮类溶剂。

一种多孔导电陶瓷复合硅负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量计，将纳米硅粉、脂肪酸和有机溶剂混合均匀，50-80℃下升温回流，放冷后，将固体物滤出，于25-50℃下减压蒸出有机溶剂，减压蒸出时间为0.5-2h，得到包覆有机模版的纳米硅粉体；