CN113594441A - 一种采用金属盐辅助化学刻蚀法制备3d高容量负极材料的方法 - Google Patents

一种采用金属盐辅助化学刻蚀法制备3d高容量负极材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明是设计一种采用金属盐辅助化学刻蚀法制备3D高容量负极材料的方法，众所周知，高容量的负极电池材料具有极大的膨胀效应（＞300）容量衰减快、倍率性能差、循环性能差等问题。本发明提供一种金属盐类辅助化学刻蚀法制备高容量3D多孔(Si、SiO、GeO、SnO2、Sn)负极材料的方法，采用价格低廉的小苏打（NaHCO3）对高容量(Si、SiO、GeO、SnO2、Sn)负极电池材料进行化学刻蚀制备3D多孔结构，从材料的内部结构改造，制造一定的空间缓解材料本身的体积膨胀的问题。

Description

一种采用金属盐辅助化学刻蚀法制备3D高容量负极材料的 方法
技术领域
本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种采用金属盐辅助化学刻蚀法制备3D高容量负极材料的方法。
背景技术
从手机、便携式电子产品到电动汽车、电网，电池在人类社会的日常生活中越来越不可或缺，人们对电池的能量密度要求越来越高。Si、SiO、GeO、SnO2、Sn等材料拥有着远高于传统石墨负极的容量，但与此同时这些高容量的负极电池材料在锂合金化过程中的体积膨胀效应也尤为严重（＞300%），锂离子的嵌入/脱出会引起颗粒巨大的体积效应，产生的机械作用力会使材料粉化导致电极活性物质与集流体剥离，丧失电接触；由于体积效应，粉化暴露出的表面不断形成新的固体电解质界面SEI膜，消耗电解液，最终导致电池性能下降。
为改善这些高容量的电池材料循环性能，提高在循环过程中结构的稳定性和库伦效率，通常会对这些(Si、SiO、GeO、SnO2、Sn)高容量材料进行结构设计和与其他材料复合来控制这些材料本身的巨大的膨胀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用金属盐辅助化学刻蚀法制备3D高容量负极材料的方法，本发明的目的是通过以下步骤实现的，
（1）将高容量负极电池材料和去离子水混匀，用超声机分散开来，获得混合溶液，其中高容量负极电池材料：去离子水为1g：50 ml；
（2）将上述混合溶液中加入NaHCO3进行反应，25~60℃条件下反应24~36h，得到Na离子修饰的高容量负极电池材料颗粒，再干燥16-24h；
（3）将步骤（2）得到的Na离子修饰的高容量负极电池材料颗粒放入真空管式炉中高温刻蚀，在氩气气氛下，由常温升温到700~760℃高温条件下刻蚀2~4h，即可得到三维高容量负极电池材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本方法首次采用金属盐类辅助化学刻蚀方法，采用工艺简单、成本低廉和易于控制的小苏打（NaHCO3）制备三维多孔(Si、SiO、GeO、SnO2、Sn)/Na复合负极材料，使锂离子电池负极材料同时具备了短扩散距离、高脱/嵌锂速率和高电导率等特性。
附图说明
图1是三维多孔Si/Na的扫描电镜图；其中，（a）为三维多孔Si/Na的扫描电镜图，（b）为图（a）中三维多孔Si/Na 材料对应的总元素分布图；（c），（d），（e），（ f）分别对应图（a）中单一元素分布图，其中（c）为硅元素分布图，（d）为碳元素分布图，（e）为钠元素分布图，（f）为氧元素分布图；
图2是三维多孔Si/Na复合负极电池材料倍率循环图；
图3是三维多孔Si/Na复合负极电池材料循环充放电曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
本发明包括以下步骤：
（1）将高容量负极电池材料和去离子水混匀，用超声机分散开来，获得混合溶液，其中高容量负极电池材料：去离子水为1g：50 ml；
（2）将上述混合溶液中加入NaHCO3进行反应，25~60℃条件下反应24~36h，得到Na离子修饰的高容量负极电池材料颗粒，再干燥16-24h；
（3）将步骤（2）得到的Na离子修饰的高容量负极电池材料颗粒放入真空管式炉中高温刻蚀，在氩气气氛下，由常温升温到700~760℃高温条件下刻蚀2~4h，即可得到三维高容量负极电池材料。
步骤（2）中NaHCO3和高容量负极电池材料的比例为：1~3.4：0.5~1.7。
步骤（1）中的高容量负极电池材料为Si、SiO、GeO、SnO2、Sn中的一种。
实施例1
一种采用金属盐辅助化学刻蚀法制备3D高容量Si负极材料的方法如下：
（1）将高容量负极电池材料Si和去离子水混匀，用超声机分散开来，获得混合溶液，其中高容量负极电池材料Si：去离子水为1g：50 ml；
(2)将上述混合溶液中加入NaHCO3进行反应，25~60℃条件下反应24~36h,得到Na离子修饰的高容量负极电池材料Si的颗粒，再干燥；
（3）将Na离子修饰的高容量负极电池材料Si的颗粒放入真空管式炉中高温刻蚀，在氩气气氛下，由常温升温到700~760℃高温条件下刻蚀2~4h，即可得到三维高容量多孔硅负极电池材料。
实施例2
一种采用金属盐辅助化学刻蚀法制备3D高容量SiOx负极材料的方法如下：
（1）将高容量负极电池材料SiOx和去离子水混匀，用超声机分散开来，获得混合溶液，其中高容量负极电池材料SiOx：去离子水为1g：50 ml;
(2)将上述混合溶液中加入NaHCO3进行反应，25~60℃条件下反应24~36h,得到Na离子修饰的高容量负极电池材料SiOx的颗粒，再干燥。
（3）将Na离子修饰的高容量负极电池材料SiOx的颗粒放入真空管式炉中高温刻蚀，在氩气气氛下，由常温升温到700~760℃高温条件下刻蚀2~4h，即可得到三维高容量多孔氧化亚硅(SiOx)负极电池材料。
实施例3
一种采用金属盐辅助化学刻蚀法制备3D高容量GeO负极材料的方法如下：
（1）将高容量负极电池材料GeO和去离子水混匀，用超声机分散开来，获得混合溶液，其中高容量负极电池材料GeO：去离子水为1g：50 ml;
(2)将上述混合溶液中加入NaHCO3进行反应，25~60℃条件下反应24~36h,得到Na离子修饰的高容量负极电池材料GeO的颗粒，再干燥。
（3）将Na离子修饰的高容量负极电池材料GeO的颗粒放入真空管式炉中高温刻蚀，在氩气气氛下，由常温升温到700~760℃高温条件下刻蚀2~4h，即可得到三维高容量多孔（GeO）负极电池材料。
实施例4
一种采用金属盐辅助化学刻蚀法制备3D高容量Sn负极材料的方法如下：
（1）将高容量负极电池材料Sn和去离子水混匀，用超声机分散开来，获得混合溶液，其中高容量负极电池材料Sn：去离子水为1g：50 ml;
(2)将上述混合溶液中加入NaHCO3进行反应，25~60℃条件下反应24~36h,得到Na离子修饰的高容量负极电池材料Sn的颗粒，再干燥。
（3）将Na离子修饰的高容量负极电池材料Sn的颗粒放入真空管式炉中高温刻蚀，在氩气气氛下，由常温升温到700~760℃高温条件下刻蚀2~4h，即可得到三维高容量多孔锡（Sn）负极电池材料。
实施例5
一种采用金属盐辅助化学刻蚀法制备3D高容量SnO2负极材料的方法如下：
（1）将高容量负极电池材料SnO2和去离子水混匀，用超声机分散开来，获得混合溶液，其中高容量负极电池材料SnO2：去离子水为1g：50 ml;
(2)将上述混合溶液中加入NaHCO3进行反应，25~60℃条件下反应24~36h,得到Na离子修饰的高容量负极电池材料SnO2的颗粒，再干燥。
（3）将Na离子修饰的高容量负极电池材料SnO2的颗粒放入真空管式炉中高温刻蚀，在氩气气氛下，由常温升温到700~760℃高温条件下刻蚀2~4h，即可得到三维高容量多孔SnO2负极电池材料。

Claims (3)

1.一种采用金属盐辅助化学刻蚀法制备3D高容量负极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将高容量负极电池材料和去离子水混匀，用超声机分散开来，获得混合溶液，其中高容量负极电池材料：去离子水为1g：50 ml；
（2）将上述混合溶液中加入NaHCO3进行反应，25~60℃条件下反应24~36h，得到Na离子修饰的高容量负极电池材料颗粒，再干燥16-24h；
（3）将步骤（2）得到的Na离子修饰的高容量负极电池材料颗粒放入真空管式炉中高温刻蚀，在氩气气氛下，由常温升温到700~760℃高温条件下刻蚀2~4h，即可得到三维高容量负极电池材料。
2.根据权利要求1所述的一种采用金属盐辅助化学刻蚀法制备3D高容量负极材料的方法，其特征在于步骤（2）中NaHCO3和高容量负极电池材料的比例为：1~3.4：0.5~1.7。
3.根据权利要求1所述的一种采用金属盐辅助化学刻蚀法制备3D高容量负极材料的方法，其特征在于步骤（1）中的高容量负极电池材料为Si、SiO、GeO、SnO2、Sn中的一种。
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Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103855394A (zh) * 2012-11-28 2014-06-11 中国科学院大连化学物理研究所 锂-空气电池正极使用多孔碳材料
CN104466117A (zh) * 2014-11-05 2015-03-25 昆明理工大学 一种三维多孔硅粉的制备方法
CN105845937A (zh) * 2016-05-12 2016-08-10 陕西科技大学 一种原位构筑三维多孔碳骨架/石墨烯复合结构的方法
CN106829914A (zh) * 2017-01-22 2017-06-13 广西大学 一种锂离子电池三维多孔碳负极材料
CN108023076A (zh) * 2017-11-30 2018-05-11 武汉科技大学 一种蜂窝状硅碳复合材料、其制备方法和应用
CN108565447A (zh) * 2018-07-09 2018-09-21 天津工业大学 一种高比能多孔硅炭复合负极材料的制备方法
CN110036508A (zh) * 2016-10-06 2019-07-19 纳米技术仪器公司 含有在石墨烯泡沫孔中原位生长的硅纳米线的锂离子电池阳极以及生产方法
CN110350181A (zh) * 2019-07-16 2019-10-18 昆明理工大学 一种锂离子电池纳米多孔硅负极材料的制备方法
CN110518228A (zh) * 2019-09-17 2019-11-29 安徽大学 一种包埋无机纳米粒子的三维石墨烯碳纳米复合材料及其应用
CN110649236A (zh) * 2019-09-24 2020-01-03 中国科学院化学研究所 一种多孔硅碳复合材料及其制备方法
WO2020081409A1 (en) * 2018-10-18 2020-04-23 Global Graphene Group, Inc. Porous graphene particulate-protected anode active materials for lithium batteries
US20200168894A1 (en) * 2018-11-26 2020-05-28 Nanotek Instruments, Inc. Chemical-free production method of graphene-protected porous anode particles for lithium batteries
CN111646472A (zh) * 2020-05-22 2020-09-11 兰州理工大学 一种原位制备多孔硅碳复合负极材料的方法
CN111825078A (zh) * 2019-04-22 2020-10-27 南京大学 一种制备三维石墨烯泡沫体材料的方法
CN112531160A (zh) * 2019-09-19 2021-03-19 贝特瑞新材料集团股份有限公司 一种无定形炭负极材料及其制备方法和用途
CN112551503A (zh) * 2019-09-25 2021-03-26 宁波杉杉新材料科技有限公司 改性软炭负极材料、锂离子电池及负极材料及其制备方法

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103855394A (zh) * 2012-11-28 2014-06-11 中国科学院大连化学物理研究所 锂-空气电池正极使用多孔碳材料
CN104466117A (zh) * 2014-11-05 2015-03-25 昆明理工大学 一种三维多孔硅粉的制备方法
CN105845937A (zh) * 2016-05-12 2016-08-10 陕西科技大学 一种原位构筑三维多孔碳骨架/石墨烯复合结构的方法
CN110036508A (zh) * 2016-10-06 2019-07-19 纳米技术仪器公司 含有在石墨烯泡沫孔中原位生长的硅纳米线的锂离子电池阳极以及生产方法
CN106829914A (zh) * 2017-01-22 2017-06-13 广西大学 一种锂离子电池三维多孔碳负极材料
CN108023076A (zh) * 2017-11-30 2018-05-11 武汉科技大学 一种蜂窝状硅碳复合材料、其制备方法和应用
CN108565447A (zh) * 2018-07-09 2018-09-21 天津工业大学 一种高比能多孔硅炭复合负极材料的制备方法
WO2020081409A1 (en) * 2018-10-18 2020-04-23 Global Graphene Group, Inc. Porous graphene particulate-protected anode active materials for lithium batteries
US20200168894A1 (en) * 2018-11-26 2020-05-28 Nanotek Instruments, Inc. Chemical-free production method of graphene-protected porous anode particles for lithium batteries
CN111825078A (zh) * 2019-04-22 2020-10-27 南京大学 一种制备三维石墨烯泡沫体材料的方法
CN110350181A (zh) * 2019-07-16 2019-10-18 昆明理工大学 一种锂离子电池纳米多孔硅负极材料的制备方法
CN110518228A (zh) * 2019-09-17 2019-11-29 安徽大学 一种包埋无机纳米粒子的三维石墨烯碳纳米复合材料及其应用
CN112531160A (zh) * 2019-09-19 2021-03-19 贝特瑞新材料集团股份有限公司 一种无定形炭负极材料及其制备方法和用途
CN110649236A (zh) * 2019-09-24 2020-01-03 中国科学院化学研究所 一种多孔硅碳复合材料及其制备方法
CN112551503A (zh) * 2019-09-25 2021-03-26 宁波杉杉新材料科技有限公司 改性软炭负极材料、锂离子电池及负极材料及其制备方法
CN111646472A (zh) * 2020-05-22 2020-09-11 兰州理工大学 一种原位制备多孔硅碳复合负极材料的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WENJING YUAN等: "Combustion reaction-derived nitrogen-doped porous carbon as an effective metal-Free catalyst for the oxygen reduction reaction", 《ENERGY》 *

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