一种锂离子电池负极复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及本一种锂离子电池负极复合材料及其制备方法，它包括SiOx‑graphite复合颗粒以及包覆在所述SiOx‑graphite复合颗粒外的导电聚苯胺；所述导电聚苯胺是苯胺和质子酸在交联剂在作用下进行原位聚合获得，所述SiOx‑graphite复合颗粒是SiO颗粒和热处理后的石墨按质量比1：0.2~5组成的混合物。通过采用特殊的SiOx‑graphite复合颗粒和导电聚苯胺进行复配，从而将硅碳材料和高分子水凝胶有效结合，充分发挥这两种材料的协同作用，不仅能缓冲硅颗粒的体积膨胀，又能提高传统负极材料的容量。

A Lithium Ion Battery Anode Composite Material and Its Preparation Method

The invention relates to a lithium ion battery negative electrode composite material and a preparation method thereof, which comprises SiOx graphite composite particles and conductive polyaniline coated outside the SiOx graphite composite particles; the conductive polyaniline is obtained by in-situ polymerization of aniline and proton acid under the action of crosslinking agent, and the SiOx graphite composite particles are SiO particles and graphite after heat treatment. A mixture of 1:0.2~5 in mass ratio. By using special SiOx graphite composite particles and conductive polyaniline, silicon-carbon materials and polymer hydrogels can be effectively combined to give full play to the synergistic effect of these two materials, which can not only buffer the volume expansion of silicon particles, but also improve the capacity of traditional anode materials.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池负极复合材料及其制备方法
本专利技术属于锂电池负极材料领域，涉及一种负极复合材料，具体涉及一种锂离子电池负极复合材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池(LIB)是一种新型高容量长寿命环保电池，其通常由正极、负极、电解液和隔膜组成。锂离子电池应用到现在社会的各个方面，比如电动自行车、电动车、智能电网储能系统、移动通讯、化工、医院备用电源UPS、EPS电源等。与镍镉、镍氢电池相比，锂离子电池具有电压高、比容量达、循环寿命长、安全性能好、自放电小、无记忆效应等诸多优点。石墨是锂离子电池使用最广泛的负极材料，但是其比容量低(372mAhg-1)。为了满足社会进步的需要，研究人员开始着力研究硅基材料，硅的理论比容量高(4200mAhg-1)；但是硅基材料也有缺陷：(1)硅基材料属于半导体，其导电性不好；(2)硅基材料在脱嵌锂的过程中体积膨胀很大。而一氧化硅由于其循环寿命长且成本低，所以引起了广大研究者的注意。一氧化硅的理论容量比较高(1300mAhg-1)，但同样体积膨胀比较大；但在充放电过程中，由于形成了氧化锂和硅酸锂，使得循环性能有所改善，但仍距商业使用有较大的差距。
技术实现思路
本专利技术目的是为了克服现有技术的不足而提供一种锂离子电池负极复合材料。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种锂离子电池负极复合材料，它包括SiOx-graphite复合颗粒以及包覆在所述SiOx-graphite复合颗粒外的导电聚苯胺，所述导电聚苯胺与所述SiOx-graphite复合颗粒的质量比为0.1～1：10；所述导电聚苯胺是苯胺和质子酸在交联剂在作用下进行原位聚合获得，所述SiOx-graphite复合颗粒是SiO颗粒和热处理后的石墨按质量比1：0.2～5组成的混合物。优化地，所述苯胺、质子酸和交联剂的质量比为1～10：1：5～20。优化地，所述热处理温度为400～1200℃。优化地，所述SiO颗粒的粒径为10nm～10μm。优化地，所述SiO颗粒使用前经球磨处理。优化地，所述质子酸为选自植酸、盐酸和磷酸等的一种或多种组成的混合物。优化地，所述交联剂为选自过硫酸铵、FeCl3和H2O2等的一种或多种组成的混合物。本专利技术的又一目的在于提供一种上述锂离子电池负极复合材料的制备方法，它包括以下步骤：(a)将石墨进行热处理；(b)向热处理后的石墨中加入SiO颗粒，球磨混合得SiOx-graphite复合颗粒；(c)将所述SiOx-graphite复合颗粒、苯胺、植酸和交联剂进行混合进行原位聚合即可。优化地，步骤(b)中，球磨混合的时间为1～30h，且所述SiO颗粒使用前进行球磨处理1～12h。优化地，步骤(c)中，原位聚合后还进行老化处理，再渗析后冷冻干燥。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术锂离子电池负极复合材料，通过采用特殊的SiOx-graphite复合颗粒和导电聚苯胺进行复配，从而将硅碳材料和高分子水凝胶有效结合，充分发挥这两种材料的协同作用，不仅能缓冲硅颗粒的体积膨胀，又能提高传统负极材料的容量，这是因为一氧化硅在充放电的过程中，可以与锂形成Li2O，可以充当缓冲物质，而聚苯胺水凝胶的机械强度也比较高，并且能为锂离子提供3D通道，有利于锂离子的脱嵌，也能缓冲硅的体积膨胀，从而提高循环性能；在一氧化硅的表面包覆碳层，使得SiOx-graphite复合颗粒的导电性增强，并且聚苯胺的合成采用了植酸掺杂，质子酸的存在使得水凝胶也具有导电性，具有温度的材料性质；制备工艺简单，适合工业生产。附图说明图1为实施例1中制得的锂离子电池负极复合材料的SEM图：(a)球磨SiO的SEM图，(b)、(c)、(d)均为为SiOx-graphite-PANi的不同放大倍数的SEM图，分别是10000倍，20000倍，10000倍；图2为实施例1中制得的锂离子电池负极复合材料的TEM图：(a)SiOx-graphite-PANi的TEM图，40000倍，(b)80000倍；图3为实施例1中制得的锂离子电池负极复合材料的XPS图；图4为实施例1中制得的锂离子电池负极复合材料的FT-IR图；图5为实施例1中制得的锂离子电池负极复合材料的TG图；图6为基于实施例1中制得的锂离子电池负极复合材料的电池循环性能图；图7为基于实施例1中制得的锂离子电池负极复合材料的电池倍率性能图。具体实施方式本专利技术锂离子电池负极复合材料，它包括SiOx-graphite复合颗粒以及包覆在所述SiOx-graphite复合颗粒外的导电聚苯胺，所述导电聚苯胺与所述SiOx-graphite复合颗粒的质量比为0.1～1：10；所述导电聚苯胺是苯胺和质子酸在交联剂在作用下进行原位聚合获得，所述SiOx-graphite复合颗粒是SiO颗粒和热处理后的石墨按质量比1：0.2～5组成的混合物。通过采用特殊的SiOx-graphite复合颗粒和导电聚苯胺进行复配，从而将硅碳材料和高分子水凝胶有效结合，充分发挥这两种材料的协同作用，不仅能缓冲硅颗粒的体积膨胀，又能提高传统负极材料的容量，这是因为一氧化硅在充放电的过程中，可以与锂形成Li2O，可以充当缓冲物质，而聚苯胺水凝胶的机械强度也比较高，并且能为锂离子提供3D通道，有利于锂离子的脱嵌，也能缓冲硅的体积膨胀，从而提高循环性能；在一氧化硅的表面包覆碳层，使得SiOx-graphite复合颗粒的导电性增强，并且聚苯胺的合成采用了植酸掺杂，质子酸的存在使得水凝胶也具有导电性，具有温度的材料性质。SiOx-graphite复合颗粒中SiO颗粒和石墨的质量比最优为1：1，以提高锂离子电池负极复合材料的电化学性能；所述苯胺、质子酸和交联剂的质量比通常1～10：1：5～20，优选为3～5：1：8～15，使得SiOx-graphite复合颗粒与导电聚苯胺的质量比优选为0.2～0.8：10，这样有利于保证锂离子电池负极在制作过程中负极材料与集流体的良好接触，有利于提高锂离子电池负极复合材料的性能。上述热处理温度为400～1200℃(采用常规的升温过程即可)。所述SiO颗粒的粒径通常为10nm～10μm。所述SiO颗粒使用前经球磨处理，这是因为可以使得部分Si-O键断裂而有部分Si颗粒团簇，这样配合热处理后的石墨(热处理使得石墨膨松化)在高能机械球磨混合过程中，能够有效地将石墨包覆在一氧化硅材料表面，同时也会增加复合物的无序度，从而有利于提高复合材料的性能。上述质子酸优选为选自植酸、盐酸和磷酸等的一种或多种组成的混合物。而交联剂采用常规的即可，如选自过硫酸铵、FeCl3和H2O2等的一种或多种组成的混合物。上述锂离子电池负极复合材料的制备方法，它包括以下步骤：(a)将石墨进行热处理；(b)向热处理后的石墨中加入SiO颗粒，球磨混合得SiOx-graphite复合颗粒；(c)将所述SiOx-graphite复合颗粒、苯胺、植酸和交联剂进行混合进行原位聚合即可。该过程工艺简单，适合工业生产。步骤(b)中，球磨混合的时间为1～30h，且所述SiO颗粒使用前进行球磨处理1～12h。步骤(c)中，原位聚合后静置24h，再渗析后冷冻干燥。下面将结合附图对本专利技术优选实施方案进行详细说明：实施例1本实施例提供一种锂离子电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池负极复合材料，其特征在于：它包括SiOx‑graphite复合颗粒以及包覆所述SiOx‑graphite复合颗粒的导电聚苯胺，所述导电聚苯胺与所述SiOx‑graphite复合颗粒的质量比为0.1~1：10；所述导电聚苯胺是苯胺和质子酸在交联剂在作用下进行原位聚合获得，所述SiOx‑graphite复合颗粒是SiO颗粒和热处理后的石墨按质量比1：0.2~5组成的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极复合材料，其特征在于：它包括SiOx-graphite复合颗粒以及包覆所述SiOx-graphite复合颗粒的导电聚苯胺，所述导电聚苯胺与所述SiOx-graphite复合颗粒的质量比为0.1~1：10；所述导电聚苯胺是苯胺和质子酸在交联剂在作用下进行原位聚合获得，所述SiOx-graphite复合颗粒是SiO颗粒和热处理后的石墨按质量比1：0.2~5组成的混合物。2.根据权利1所述的锂离子电池负极复合材料，其特征在于：所述苯胺、质子酸和交联剂的质量比为1~10：1：5~20。3.根据权利1所述的锂离子电池负极复合材料，其特征在于：所述热处理温度为400~1200℃。4.根据权利1所述的锂离子电池负极复合材料，其特征在于：所述SiO颗粒的粒径为10nm~10μm。5.根据权利1所述的锂离子电池负极复合材料，其特征在于：所述SiO颗粒使用前经球磨处理。6.根据权利1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：任玉荣，陈智慧，廖远红，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32