本发明专利技术公开一种硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料，其原料包括：硅颗粒、纤维状碳、铜粉和含碳化合物。本发明专利技术还公开上述硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料的制备方法。本发明专利技术还公开一种锂离子电池负极，包括：金属集流体、涂布在金属集流体上的上述硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料和用于涂布所述硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料的黏合导电剂。本发明专利技术还公开一种锂离子电池，包括上述锂离子电池负极。本发明专利技术中，硅颗粒在充放电过程中体积膨胀较小，而且铜颗粒和纤维状碳、碳化物构建了良好的三维空间导电网络，提高了硅负极的电子导电和离子导电并缓解了体积膨胀，使本发明专利技术具有较好的循环性能、倍率性能和较高的比容量。
【技术实现步骤摘要】
一种硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料及制备、应用
本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料及制备方法、在锂离子电池的应用。
技术介绍
锂离子电池由于具有能量比高、质量轻、额定电压高、自放电率低等优点而被学术界和产业界广泛研究和应用。与其他电池体系一样，锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液四大关键材料构成，材料的性能直接影响着锂离子电池的性能。目前负极材料主要包括锂嵌入型材料、锂合金材料和锂金属等。但随着社会的进一步发展，如电动汽车在动力源方面的要求，现有的锂离子电池体系在价格、安全性、比容量和功率性能、原材料的富足等方面都还有待提高。开发更高性能的材料和与之对应的锂离子电池极为重要。硅负极具有高的能量密度、丰富的自然资源，是十分理想的下一代锂离子电池负极材料，成为了该领域研究热点。与常规石墨负极材料相比，硅负极的质量比容量约为4200mAh/g，是层状石墨(372mAh/g)十倍左右。因此硅有望成为下一代高能量密度储能材料和汽车动力装置的锂离子电池的负极。然而硅负极材料本身的电导率低和体积膨胀问题影响着其大规模应用。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料及制备、应用，提高了硅负极的电子导电和离子导电并缓解了体积膨胀，使硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料具有较好的循环性能、倍率性能和较高的比容量；同时方法简单易操作，适用于工业化生产。本专利技术提出的一种硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料，其原料包括：硅颗粒、纤维状碳、铜粉和含碳化合物。优选地，硅颗粒的粒径为0.001～100μm，优选为30nm。优选地，纤维状碳为多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、气相生长炭纤维至少一种，优选为多壁碳纳米管。优选地，含碳化合物为蔗糖、葡萄糖、酚醛树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇中的至少一种，优选为葡萄糖。优选地，硅颗粒与纤维状碳的质量比为20：1～1：20，优选为2：1。优选地，硅颗粒与铜粉的质量比为10：0～0：10，优选为2：1。优选地，硅颗粒、纤维状碳、铜粉的质量之和与含碳化合物质量的比为10：1～1：10，优选为1：1。本专利技术提出的上述硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料的制备方法，将硅颗粒与纤维状碳置于溶剂中分散均匀，再加入铜粉和含碳化合物继续分散均匀，喷雾干燥造粒，在保护气氛中煅烧得到硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料。上述煅烧条件应根据不同的含碳化合物而确定相应的参数。优选地，溶剂为水、乙醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮中一种，优选为水。优选地，保护气氛为氩气。本专利技术提出的一种锂离子电池负极，包括：金属集流体、涂布在金属集流体上的上述硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料和用于涂布上述硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料的黏合导电剂。优选地，黏合导电剂包括：导电剂、黏合剂。优选地，导电剂为乙炔黑或炭黑导电剂SuperP。优选地，黏合剂由羧甲基纤维素、丁苯橡胶按质量比为1：1混合得到。优选地，金属集流体为纯铜或铜合金。上述锂离子电池负极的制备方法如下：按重量份将60-80份上述硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料和10-30份导电剂混合，研磨得到负极活性物质粉末；将负极活性物质粉末和10份黏合剂搅拌均匀得到浆料，然后涂布在金属集流体上，80℃真空干燥12-24h即得。优选地，浆料涂布至金属集流体的厚度为10-500μm。本专利技术提出的一种锂离子电池，包括对电极锂金属或常用锂离子电池正极、多孔隔膜、电解液，还包括上述锂离子电池负极。本专利技术中，由纳米硅颗粒、导电性强的纳米铜颗粒与纤维状碳通过喷雾干燥形成的复合材料，硅颗粒在充放电过程中体积膨胀较小，而且铜颗粒和纤维状碳、碳化物构建了良好的三维空间导电网络，提高了硅负极的电子导电和离子导电并缓解了体积膨胀，使硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料具有较好的循环性能、倍率性能和较高的比容量；同时方法简单易操作，适用于工业化生产。附图说明图1为本专利技术实施例3所得硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料的SEM图。图2为本专利技术实施例3和对比例1所得锂离子电子的循环性能对比图。具体实施方式下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。实施例1一种硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料的制备方法，按重量份将10份3μm硅颗粒与1份气相生长炭纤维置于乙醇中分散均匀，再加入1份铜粉和120份酚醛树脂继续分散均匀，喷雾干燥造粒，在保护气氛中煅烧得到硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料。实施例2一种硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料的制备方法，按重量份将1份3nm硅颗粒与10份单壁碳纳米管置于N-甲基吡咯烷酮中分散均匀，再加入10份铜粉和2.1份聚乙烯醇继续分散均匀，喷雾干燥造粒，在氩气气氛中煅烧得到硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料。实施例3一种硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料的制备方法，将2g30nm硅颗粒与1g多壁碳纳米管置于150mL水中机械搅拌，超声分散均匀，再加入1g纳米铜粉和4g葡萄糖继续分散均匀，180℃喷雾干燥造粒，在氩气气氛中，以5℃/min的升温速率升温到120℃，恒温2h，接着以5℃/min的升温速率，升温到580℃，恒温4h，然后以5℃/min的升温速率，升温到800℃，恒温1h，自然降至室温得到硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料。一种锂离子电池负极的制备方法，将60g上述硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料和30g乙炔黑研磨混合均匀得到负极活性物质粉末；接着加入5g羧甲基纤维素黏合剂混合，然后滴加去离子水和5g丁苯橡胶黏合剂搅拌均匀得到浆料，然后用自动涂布机将浆料涂布在铜箔集流体上，80℃真空干燥12-24h得到锂离子电池负极。利用上述锂离子电池负极、金属锂对电极、电解液LiPF6-DMC/EMC/EC/FEC，以及cegard2400隔膜，在充满氩气的手套箱中组装锂离子扣式电池。对比例1使用30nm的硅材料按与实施例3相同的步骤制备锂离子电池负极和锂离子电池。通过扫描电子显微镜分析实施例3所得硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料，如图1所示。从图1中可知：该复合材料为球状材料，该复合材料表面各物质分布均匀。在室温下，分别测试实施例3和对比例1所得扣式电池充放电性能，如图2所示。其中充放电电流密度均设置为200mA/g(按所得复合材料的质量计算)，充放电循环20圈，放电截止电压限为0.02-1.5V。由图2可知：硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料即图2中Si@Cu@纤维状碳@C的性能明显优于单纯的纳米硅材料；硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料的初始放电容量为1500mAh/g，20圈的容量保持率为94.8％；复合材料具有良好骨架和三维导电网络，从而促使其循环性能良好。以上所述，仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术揭露的技术范围内，根据本专利技术的技术方案及其专利技术构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料，其特征在于，其原料包括：硅颗粒、纤维状碳、铜粉和含碳化合物。
【技术特征摘要】
1.一种硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料，其特征在于，其原料包括：硅颗粒、纤维状碳、铜粉和含碳化合物。2.根据权利要求1所述硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料，其特征在于，硅颗粒的粒径为0.001～100μm。3.根据权利要求1或2所述硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料，其特征在于，纤维状碳为多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、气相生长炭纤维至少一种。4.根据权利要求1-3任一项所述硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料，其特征在于，含碳化合物为蔗糖、葡萄糖、酚醛树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇中的至少一种。5.根据权利要求1-4任一项所述硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料，其特征在于，硅颗粒与纤维状碳的质量比为20：1～1：20；优选地，硅颗粒与铜粉的质量比为10：0～0：10；优选地，硅颗粒、纤维状碳、铜粉的质量之和与含碳化合物质量的比为10：1～1：10。6.一种如权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱新平，李坤，柳斌，钟明明，樊少娟，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34
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