一种硅-碳纳米管球体及其制备方法、电池负极和锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种硅‑碳纳米管球体的制备方法，包括：将分散溶液进行造粒，得到硅‑碳纳米管球体；所述分散溶液包括硅颗粒和碳纳米管。本发明专利技术提供了一种上述技术方案所述的方法制备得到的硅‑碳纳米管球体。本发明专利技术提供了一种电池负极，包括上述技术方案所述的硅‑碳纳米管球体。本发明专利技术提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池的负极为上述技术方案所述的电池负极。本发明专利技术提供的方法制备的硅‑碳纳米管球体，通过将硅颗粒和碳纳米管进行复合，并通过造粒技术合成二次团聚球体，本发明专利技术提供的方法制备得到的硅‑碳纳米管球体克容量较高、电化学稳定性较好。此外，本发明专利技术提供的方法制备得到的硅‑碳纳米管球体的振实密度较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及离子电池
，尤其涉及一种硅-碳纳米管球体及其制备方法、电池负极和锂离子电池。
技术介绍
近年来，能源危机日益严重，对新型能源的需求日益迫切。研究开发新型可替代能源和节能减排具有重要发展战略意义。锂离子电池作为一种绿色环保的新能源越来越受到人们的重视。高容量、长寿命、安全性高的新型锂离子电池成为人们追求的目标。锂离子电池负极材料是电池的重要组成部分，负极材料在电池发展中占有举足轻重的地位。在目前商业化的锂离子电池中，普遍使用石墨作为负极材料。尽管石墨已广泛应用于商业化锂离子电池，但其低的克容量限制了未来的应用需求。硅基材料具有较高的理论比容量(理论比容量4200mAh/g)，为石墨负极材料(372mAh/g)的十倍多，是最具潜力的锂离子电池负极材料之一，因而受到研究者的极大关注。但在循环过程中，硅基材料巨大的体积膨胀效应导致其材料结构崩塌和粉化，造成电极短路，不可逆容量大，循环稳定性差；而且硅基材料电导率低，在循环过程中易导致硅-锂的不可逆反应，而纳米化硅材料比表面积高，副反应多，循环不稳定。为解决上述问题，通常将硅基材料制备成复合材料，如将硅基材料和石墨进行复合，得到的硅-石墨复合材料具备石墨的长循环性能和硅高容量的特点。但是这种复合材料，首先明显降低了硅基材料的克容量，仅稍高于石墨材料，而且硅颗粒镶嵌在石墨晶格内，在硅材料反复体积变化过程中，会导致石墨壳体破裂，露出新鲜的硅表面，发生副反应，容量快速衰减。可见看出，现有技术提供的硅基复合材料的克容量较低、循环稳定性较差，倍率较低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种硅-碳纳米管球体及其制备方法、电池负极和锂离子电池，本专利技术提供的硅-碳纳米管球体具有较高的克容量、循环稳定性较好、倍率大。本专利技术提供了一种硅-碳纳米管球体的制备方法，包括：将分散溶液进行造粒，得到硅-碳纳米管球体；所述分散溶液包括硅颗粒和碳纳米管。优选的，所述硅颗粒的粒径为1nm～1000nm。优选的，所述硅颗粒与碳纳米管的质量比为(99.9～1):(0.1～99)。优选的，所述分散溶液的制备方法为：将硅颗粒和水进行水热反应，得到硅分散液；将所述硅分散液和碳纳米管混合，得到分散溶液。优选的，所述硅颗粒为羟基化的硅颗粒；所述碳纳米管为羧基化的碳纳米管。优选的，所述造粒的方法为喷雾干燥法造粒；所述喷雾干燥法造粒的温度为100℃～300℃；所述喷雾干燥法造粒的速率为0.01mL/min～100mL/min。本专利技术提供的方法制备的硅-碳纳米管球体，通过将硅颗粒和碳纳米管进行复合，并通过造粒技术合成二次团聚球体，这种二次团聚得到的球体既可以克服微米级硅材料低电子导电率循环寿命衰减的问题，又可以解决纳米硅材料首次不可逆容量较高以及由于比表面积能较高而存在的大量副反应的缺点，因此，本专利技术提供的方法制备得到的硅-碳纳米管球体克容量较高、电化学稳定性较好、倍率高。此外，本专利技术提供的方法制备得到的硅-碳纳米管球体的振实密度较高。另外，本专利技术提供的硅-碳纳米管球体的方法工艺简单，适合批量化工业生产。本专利技术提供了一种上述技术方案所述的方法制备得到的硅-碳纳米管球体。优选的，所述硅-碳纳米管球体的粒度为0.1微米～100微米。本专利技术提供的硅-碳纳米管球体是由上述技术方案所述的方法制备得到的，这种方法制备得到的硅-碳纳米管的克容量较高、电化学稳定较好、倍率高。此外，这种硅-碳纳米管的振实密度较高。本专利技术提供了一种电池负极，包括上述技术方案所述的硅-碳纳米管球体。本专利技术提供的电池负极包括上述技术方案所述的硅-碳纳米管球体，这种硅-碳纳米管球体充分利用了硅材料高克容量的特性，又具有碳纳米管的高离子和电子传输性，可作为电池负极材料使用，这种电池负极具有高容量、长循环、大倍率的优点。本专利技术提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池的负极为上述技术方案所述的电池负极。本专利技术提供的锂离子电池的电池负极采用的是包括上述技术方案所述硅-碳纳米管球体的电池负极，所述硅-碳纳米管球体具有较高的克容量以及稳定的电化学性能，可用于高能量密度、大充放电倍率的锂离子电池。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的硅-碳纳米管球体的制备方法的工艺流程图；图2为本专利技术实施例提供的喷雾干燥法造粒的流程示意图；图3为本专利技术实施例制备得到的硅-碳纳米管球体的结构示意图；图4为本专利技术实施例1制备得到的硅-碳纳米管球体的扫描电镜图；图5为本专利技术实施例6提供的锂离子电池的循环性能曲线；图6为本专利技术比较例1提供的锂离子电池的循环性能曲线。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。本专利技术提供了一种硅-碳纳米管球体的制备方法，包括：将分散溶液进行造粒，得到硅-碳纳米管球体；所述分散溶液包括硅颗粒和碳纳米管。本专利技术将分散溶液进行造粒，得到硅-碳纳米管球体。在本专利技术中，所述分散溶液包括硅颗粒和碳纳米管。在本专利技术中，所述硅颗粒的粒度优选为1nm～1000nm，更优选为20nm～800nm，更优选为50nm～500nm，更优选为100nm～400nm，最优选为200nm～300nm。本专利技术对所述硅颗粒的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的纳米级硅材料即可，如可通过二氧化硅的镁热还原或碳热还原制备得到硅颗粒。在本专利技术中，所述硅颗粒优选为羟基化的硅颗粒。本专利技术对所述羟基化的硅颗粒的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的羟基化改性硅的技术方案制备得到即可。在本专利技术中，所述羟基化的硅颗粒的制备方法优选为：将硅颗粒通过水热反应中高温高压水蒸气活化硅表面的羟基，得到羟基化的硅颗粒。在本专利技术中，所述水热反应的温度优选为100℃～240℃，更优选为120℃～200℃，最优选为140℃～180℃。在本专利技术中，所述水热反应的时间优选为1小时～48小时，更优选为5小时～40小时，更优选为10小时～30小时，最优选为15小时～25小时。在本专利技术中，所述碳纳米管的直径优选为2nm～50nm，更优选为5nm～40nm，更优选为10nm～30nm，最优选为15nm～25nm。在本专利技术中，所述碳纳米管的长度优选为0.1微米～500微米，更优选为1微米～400微米，更优选为10微米～300微米，更优选为50微米～200微米，最优选为100微米～150微米。本专利技术对所述碳纳米管的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的碳纳米管即可，可由市场购买获得。在本专利技术中，所述碳纳米管优选为羧基化的碳纳米管。本专利技术对所述羧基化的碳纳米管的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的羧基化的碳纳米管即可，如可采用自带羧基的碳纳米管市售商品，也可将碳纳米管进行表面氧化得到羧基化的碳纳米管。在本专利技术中，所述表面氧化的氧化剂优选包括硫酸和硝酸，更优选为硫酸和硝酸的混合液。在本专利技术中，所述硅颗粒和碳纳米管的质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅‑碳纳米管球体的制备方法，包括：将分散溶液进行造粒，得到硅‑碳纳米管球体；所述分散溶液包括硅颗粒和碳纳米管。

【技术特征摘要】
1.一种硅-碳纳米管球体的制备方法，包括：将分散溶液进行造粒，得到硅-碳纳米管球体；所述分散溶液包括硅颗粒和碳纳米管。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅颗粒的粒径为1nm～1000nm。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅颗粒与碳纳米管的质量比为(99.9～1):(0.1～99)。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分散溶液的制备方法为：将硅颗粒和水进行水热反应，得到硅分散液；将所述硅分散液和碳纳米管混合，得到分散溶液。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅颗粒为羟基化的硅颗粒；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏宇，李超，齐力，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，常州盈华高科储能材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22