本發(fā)明屬于新能源納米材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

眾所周知，硅作為鋰離子電池負(fù)極材料的理論容量可達(dá)4200mah/g左右，且硅在地殼中的含量豐富，僅次于氧，因此成為研究熱點(diǎn)。現(xiàn)有商用硅負(fù)極材料絕大部分是來自光伏行業(yè)中的碎硅片和碎硅塊，而光伏行業(yè)所采用的硅材料基本都是p型摻雜硅。但是，p型摻雜硅相對于n型摻雜硅具有更高的儲鋰電位，最終導(dǎo)致儲鋰容量減少。因此，如果采用n型摻雜硅替代現(xiàn)有的p型摻雜硅負(fù)極材料，其儲鋰比容量會得到顯著提升。另外，由于硅材料巨大的儲鋰膨脹問題，現(xiàn)有硅負(fù)極材料都是以硅-碳復(fù)合的形式存在。近期研究表明，對硅表面進(jìn)行氧化處理再結(jié)合海藻酸鈉粘結(jié)劑可非常有效地改善硅負(fù)極材料的循環(huán)穩(wěn)定性，并可望實現(xiàn)高容量全硅負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。那么，若對n型硅表面進(jìn)行氧化處理并結(jié)合海藻酸鈉粘結(jié)劑使用，其電化學(xué)性能可望得到進(jìn)一步提升。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種全n型硅鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，該方法工藝簡單并可低成本、大規(guī)模生產(chǎn)，有望進(jìn)一步加快鋰離子電池領(lǐng)域的發(fā)展。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。

本發(fā)明所述的一種全n型硅鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征是包括如下步驟。

（1）對n型硅材料依次進(jìn)行球磨微米化和砂磨納米化處理，接著依次采用丙酮、超純水對n型硅粉進(jìn)行清洗。

（2）對n型硅粉進(jìn)行表面氧化處理。

（3）將氧化后的硅粉與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑混合以制備負(fù)極漿料，經(jīng)過涂覆、烘干、壓片、切片、稱量制成負(fù)極片，并制成扣式電池。

本發(fā)明步驟（1）中所述n型硅材料可為顆粒狀、片狀或塊狀。

本發(fā)明步驟（1）中所述n型硅材料純度可為太陽能級或半導(dǎo)體級。

本發(fā)明步驟（1）中所述n型硅材料經(jīng)砂磨納米化處理后的粒徑為50-1000nm。

本發(fā)明步驟（2）中所述表面氧化處理可為濕法氧化或干法氧化，氧化層厚度為1-15nm。

本發(fā)明步驟（3）中所述的導(dǎo)電劑可為導(dǎo)電炭黑、碳納米管或石墨烯。

本發(fā)明步驟（3）中所述的粘結(jié)劑可為海藻酸鈉、聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素鈉或丁苯橡膠。

本發(fā)明中n型摻雜硅相對于現(xiàn)有p型摻雜硅材料，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）具有更高的儲鋰比容量；（2）具有更好的倍率性能；（3）具有更低的交流阻抗。

附圖說明

圖1為n型和p型全硅負(fù)極的電化學(xué)阻抗譜。

圖2為n型和p型全硅負(fù)極的倍率性能曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實施例1。

本實施例所述一種全n型硅鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，具體包括以下步驟。

（1）將電阻率為1ωcm的n型太陽能級碎硅片在400rpm的轉(zhuǎn)速下球磨5h，然后在2000rpm的轉(zhuǎn)速下砂磨4h，接著依次采用丙酮、超純水對n型硅粉進(jìn)行清洗。

（2）將所得n型硅粉置于h2so4/h2o2(質(zhì)量比3:1)的混合溶液中進(jìn)行表面氧化處理，處理溫度為90℃，處理時間為4h，然后經(jīng)抽濾、沖洗、烘干得到表面氧化改性的n型硅粉。

（3）將氧化后的硅粉與導(dǎo)電炭黑、海藻酸鈉按質(zhì)量比70:15:15混合以制備負(fù)極漿料，經(jīng)過涂覆、烘干、壓片、切片、稱量制成負(fù)極片，并制成扣式電池。

（4）采用電阻率為1ωcm的p型太陽能級碎硅片按照上述工藝進(jìn)行處理，以作對比。

本實施例中n型硅比p型硅材料的首次充電容量高150mah/g。

實施例2。

本實施例所述一種全n型硅鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，具體包括以下步驟。

（1）將電阻率為0.001ωcm的n型半導(dǎo)體級碎硅片在400rpm的轉(zhuǎn)速下球磨5h，然后在2000rpm的轉(zhuǎn)速下砂磨4h，接著依次采用丙酮、超純水對n型硅粉進(jìn)行清洗。

（2）將所得n型硅粉置于熱處理爐中進(jìn)行干法氧化處理，采用質(zhì)量比為99.5：0.5的ar/o2混合氣體作為處理氣氛，處理溫度為700℃，處理時間為30min。

（3）將氧化后的硅粉與導(dǎo)電炭黑、海藻酸鈉按質(zhì)量比70:15:15混合以制備負(fù)極漿料，經(jīng)過涂覆、烘干、壓片、切片、稱量制成負(fù)極片，并制成扣式電池。

（4）采用電阻率為0.001ωcm的p型半導(dǎo)體級碎硅片按照上述工藝進(jìn)行處理，以作對比。

本實施例中n型硅比p型硅材料的首次充電容量高165mah/g。

實施例3。

本實施例所述一種全n型硅鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，具體包括以下步驟。

（1）將電阻率為1ωcm的n型太陽能級級碎硅塊在400rpm的轉(zhuǎn)速下球磨5h，然后在2000rpm的轉(zhuǎn)速下砂磨4h，接著依次采用丙酮、超純水對n型硅粉進(jìn)行清洗。

（2）將所得n型硅粉置于h2so4/h2o2(質(zhì)量比3:1)的混合溶液中進(jìn)行表面氧化處理，處理溫度為90℃，處理時間為4h，然后經(jīng)抽濾、沖洗、烘干得到表面氧化改性的n型硅粉。

（3）將氧化后的硅粉與導(dǎo)電炭黑、海藻酸鈉按質(zhì)量比70:15:15混合以制備負(fù)極漿料，經(jīng)過涂覆、烘干、壓片、切片、稱量制成負(fù)極片，并制成扣式電池。

（4）采用電阻率為1ωcm的p型太陽能級級碎硅塊按照上述工藝進(jìn)行處理，以作對比。

本實施例中n型硅比p型硅材料的首次充電容量高151mah/g。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種全n型硅鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，包括如下步驟：對n型硅片依次進(jìn)行球磨微米化和砂磨納米化處理；接著依次采用丙酮、超純水對n型硅粉進(jìn)行清洗；然后對n型硅粉進(jìn)行表面氧化處理；最后將氧化后的硅粉與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑混合以制備負(fù)極漿料，經(jīng)過涂覆、烘干、壓片、切片、稱量制成負(fù)極片，并制成扣式電池。本發(fā)明在其他條件相同的情況下，n型硅比p型硅具有更高的儲鋰容量，且其制備方法工藝簡單、成本低廉，非常適合大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，有望進(jìn)一步加快鋰離子電池領(lǐng)域的發(fā)展。

技術(shù)研發(fā)人員：李曉敏;岳之浩;周浪;黃海賓
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南昌大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.27
技術(shù)公布日：2017.08.25