一种无粘结剂锂离子电池负极材料的制备方法技术

本发明专利技术属于电池能源领域，具体是一种无粘结剂锂离子电池负极材料的制备方法。步骤一、氩气保护下，取单晶截断产生的废硅粉直接烧结，球磨；步骤二、加硅酸钠混合，加入氯化铵球磨，烘干。步骤三、加入沥青，烧结；步骤四、氢氟酸浸泡处理，水洗至中性；步骤五、加入纳米二氧化钛颗粒，加入碳纳米管球磨；步骤六、压片机压片，得到薄片状硅基锂离子电池负极材料。

A preparation method of negative electrode material for binderless lithium ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种无粘结剂锂离子电池负极材料的制备方法
本专利技术属于电池能源领域，具体涉及一种无粘结剂锂离子电池负极材料的制备方法。
技术介绍
目前能源储存领域中，锂离子电池因其比能量高、循环寿命长、价格适中等优点，已广受关注和研究。电池负极作为其核心组成部分之一，对电池性能起到至关重要的作用。硅基负极材料以其比容量高等优势，已成为新一代锂离子电池负极的首选。但由于硅材料为半导体材料，其导电性能不佳，同时该材料循环过程中还存在体积膨胀效应等问题，使其在纳米化制备过程中成本相对较高，影响了材料的推广应用。碳纳米材料中的纳米管和纳米颗粒均为纳米尺寸，它们的间隙空间也是纳米级别，可以为锂离子提供大量的嵌入空间，使其具有优良的嵌锂特性，有利于锂离子电池的充放电容量和循环寿命，但其存在电压滞后及充放电电位平台不明显等缺点。采用光伏企业的高纯硅废料为原料，通过提纯和表面改性等研究，将其引入到锂离子电池负极材料应用中，在硅基材料基础上，再将二氧化钛负极材料与碳纳米管材料组合在一起而形成新型结构的硅基负极材料，不同组份在性能上相得益彰，能够产生协同效应，从而在降低材料制备成本基础上，其综合性能明显优于单一硅基组分，使其有望成为新一代锂离子电池理想的负极材料。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：降低硅基材料生产成本，增加电极容量；同时，避免使用高分子化合物成分的粘结剂及金属铜箔或铝箔的集流体，减少脱嵌锂过程中的电阻，提升材料充放电循环性能等性能。本专利技术所采用的技术方案是，包括如下步骤：步骤一、氩气保护下，取单晶截断产生的废硅粉直接800℃烧结2小时，球磨10～40小时；步骤二、加硅酸钠混合10分钟，加入氯化铵球磨30分钟，烘干。步骤三、加入沥青，900℃烧结4小时；步骤四、氢氟酸浸泡处理，水洗至中性；步骤五、加入纳米二氧化钛颗粒(D50在25～500纳米)，加入碳纳米管(长度1微米以下，管径15～40纳米)球磨0.5～1小时；步骤六、压片机800～1000牛顿力压片，得到薄片状硅基锂离子电池负极材料。压片机压后薄片直接作为锂离子电池负极材料，在惰性气氛手套箱中组装成纽扣电池，并对其进行性能测试。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的制备方法工艺简单，生产成本低，该方法制得的锂离子电池负极材料添加碳纳米管与二氧化钛以后，具有协同提升作用，使得混合结构材料的孔隙增多，有效增加材料比表面积，增加电极容量；同时，避免使用高分子化合物成分的粘结剂及金属铜箔或铝箔的集流体，有效减少脱嵌锂过程中的电阻，因此具有较高的导电率和比容量，以及良好的充放电循环性能，有效提升材料放电平台。本专利技术方法制得的材料组装锂离子电池电极工序简单，过程易控，适用于工业生产。附图说明图1为对实施例中圆饼状硅基锂离子电池混合结构电极材料内部结构的扫描电镜(SEM)图。其中，(a)总体视图；(b)局部视图。图2为实施例中圆饼状硅基锂离子电池混合结构电极材料的放电曲线，由曲线可以看到，材料放电平稳，放电平台明显。图3为实施例中圆饼状硅基锂离子电池混合结构电极材料的做成扣式电池的容量循环曲线，由图可以看到，材料前3个循环有容量衰减，约4次以后则趋于稳定。具体实施方式下面通过优选的具体实施例对本专利技术作进一步描述。在本专利技术的实施例中，对硅基锂离子电池混合结构电极材料进行扫描电子显微镜表征分析采用的是德国蔡司(Zeiss)Sigma-500电子扫描电镜进行。在本专利技术的实施例中，对硅基锂离子电池混合结构电极材料的电学循环性能测试采用深圳新威公司电化学综合分析测试仪进行分析测试。一种无粘结剂锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、氩气保护下，取单晶截断产生的废硅粉直接800℃烧结2小时，球磨10～40小时；步骤二、加硅酸钠混合10分钟，加入氯化铵球磨30分钟，烘干。步骤三、加入沥青，900℃烧结4小时；步骤四、氢氟酸浸泡处理，水洗至中性；步骤五、加入纳米二氧化钛颗粒(D50在25～500纳米)，加入碳纳米管(长度1微米以下，管径20纳米)球磨1小时；步骤六、压片机900牛顿力压片，得到薄片状硅基锂离子电池负极材料。压片机压过得到的薄片可直接作为锂离子电池负极材料，在高纯氩惰性气氛的手套箱中组装CR2032纽扣电池，其中，对电极为锂片，电解液为1mol/LLiPF6的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)溶液(EC∶DEC＝1∶2)，隔膜为Celgard2500。将组装好的电池静止12小时，以备测试。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无粘结剂锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、氩气保护下，取单晶截断产生的废硅粉直接800℃烧结2小时，球磨10～40小时；步骤二、加硅酸钠混合10分钟，加入氯化铵球磨30分钟，烘干。步骤三、加入沥青，900℃烧结4小时；步骤四、氢氟酸浸泡处理，水洗至中性；步骤五、加入纳米二氧化钛颗粒(D50在25～500纳米)，加入碳纳米管(长度1微米以下，管径15～40纳米)球磨0.5～1小时；步骤六、压片机800～1000牛顿力压片，制得片状结构，得到锂离子电池负极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种无粘结剂锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、氩气保护下，取单晶截断产生的废硅粉直接800℃烧结2小时，球磨10～40小时；步骤二、加硅酸钠混合10分钟，加入氯化铵球磨30分钟，烘干。步骤三、加入沥青，900℃烧结4...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘进，王丽，郝延蔚，孙瑞敏，周永恒，师兆忠，赵辉，
申请(专利权)人：开封大学，
类型：发明
国别省市：河南;41