一種納米硅材料及其制備方法
1.技術領域
2.本發明涉及非晶態/納米晶復合結構納米硅材料,屬于鋰電池負極材料技術領域。
3.
背景技術:
4.近年來,隨著新能源純電動汽車、插電式混合電動車以及電動工具的快速發展,對鋰離子電池的能量密度、安全性及循環穩定性提出了更高的要求。石墨作為鋰離子電池商業化負極材料(理論比容量為372 mah g-1
),已經不能滿足市場對高能量密度大電池的需求。硅基負極材料由于具有較高的理論比容量4200 mah g-1
,較低的充放電平臺(與石墨的電位平臺接近)、綠色環保和安全性高等優點,被認為是最具有嵌鋰的鋰離子電池負極材料。與石墨的層狀結構提供鋰離子嵌入空間的原理不同,晶體硅是共價四面體結構,嵌鋰過程會與鋰離子形成合金化合物,隨著嵌鋰量的增加,將晶體硅逐漸轉化為非晶態的硅鋰合金并伴隨著體積的劇烈膨脹(高達~300%),脫鋰過程中,非晶態的硅鋰合金逐步由外向內轉化為非晶態的硅顆粒,體積會劇烈收縮,反復脫/嵌鋰過程引起的體積劇烈變化(~300%以上),導致顆粒機械破損/粉化,固態電解質界面膜(sei膜)始終處于破壞-重構的動態變化,不斷消耗電解液,進而導致材料外部導電環境衰變、電極極化加劇,比容量降低,庫倫效率降低等,嚴重影響其循環性能和倍率性能的發揮,降低了電池壽命。
5.針對硅體積膨脹的問題,目前主要通過減小硅顆粒的尺寸,例如制備硅納米顆粒、硅納米線、硅納米管以及多孔納米硅來抑制硅的體積膨脹,從而可以提高硅基負極材料的電化學循環穩定性。不過該上述材料合成方法主要是化學氣相沉積法、激光燒蝕法、電子束蒸發法、磁控濺射法以及金屬輔助化學刻蝕法,不過這些制備方法對設備要求極高、過程條件苛刻、主要以硅烷或四氯化硅為硅源、成本高而且難以規?;a。通過上述方法制備的納米材料大部分是晶態的納米硅,在充放電中體積膨脹具有各向異性,產生的機械應力分布不均,容易造成材料的破裂及粉碎,難以維持長期的循環性能。
6.
技術實現要素:
7.本發明提出一種具有非晶態/納米晶復合結構的納米硅材料,可以預先提供足夠的嵌鋰空間,抑制首次脫/嵌鋰的體積變化。本發明采用火花放電組合高能球磨工藝,制備具有非晶態/納米晶復合結構的納米硅材料,即非晶區包圍著納米晶區。
8.利用火花放電加工工藝可制備得到具有非晶態/納米晶復合結構的微米及亞微米硅材料,塊狀硅
聲明:
“納米硅材料及其制備方法與流程” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究,如用于商業用途,請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)