本技术公开了一种多孔硅复合金属及其制备方法与应用,采用低成本的硅源在液相环境下实现与金属材料的均匀混合,通过调节pH值,通过共沉淀方法实现均匀复合,再通过热还原方法巧妙地将金属复合到多孔硅内部,形成金属镶嵌于多孔硅基骨架的新型负极材料,该材料具有优良的机械稳定性,一定程度上减缓了硅的体积膨胀,同时极大增强了硅基负极的电子/离子电导率,从而显著提高材料的可逆容量、倍率和长期循环性能。本发明工艺简单,成本低,对仪器设备要求低,无毒无害,适于大规模生产,具有广泛的应用前景和重要的应用价值。
背景技术
提升锂离子电池的能量密度和功率密度是锂电领域亟需解决的一项关键难题。石墨材料是当前商品化锂离子电池最常用的负极材料,然而石墨材料的理论比容量只有372mAh/g,这限制了高能锂离子电池的发展。因此,设计开发具有高容量性质的负极材料对新能源汽车和规模化储能电池的发展具有重要意义。硅负极材料的理论比容量比石墨高出近10倍,且具有充放电平台适中、资源丰富等特点,是下一代高性能锂离子电池最有前景的负极材料之一,具有广阔的市场前景。
但是,硅负极材料的产业应用仍面临非常严峻的挑战,因为硅在脱/嵌锂过程中会发生巨大的体积变化(>300%),这不仅导致硅颗粒裂解和粉碎,活性材料失去电接触,还使得电极的机械完整性被破坏,同时硅表面的固体电解质界面膜不断生成和重组,最终导致电池容量迅速衰减。为了解决上述问题,硅与导电材料如金属颗粒的复合已被证明可以提高硅电极的电导率,并可以缓冲循环过程中硅的体积变化,从而显着增强电化学性能。目前硅与金属合金化较为有效的方法多为电热熔融、磁控溅射、热压等,这些方法工艺复杂,对仪器设备要求高,因此,探索更加简便有效的设计策略具有重要的意义。
实现思路