一种硅/聚丙烯腈复合材料负极极片及其制备方法技术

技术编号:14456373 阅读:88 留言:0更新日期:2017-01-19 09:27
本发明专利技术涉及一种硅/聚丙烯腈复合材料负极极片及其制备方法。本发明专利技术是一种用作锂离子电池负极极片,特别是用于锂离子电池负极材料充放电体积膨胀等材料的复合和改善。本发明专利技术主要是聚丙烯腈和硅的复合材料,聚丙烯腈溶于N‑甲基吡咯烷酮后和硅粉复合用作负极材料。本发明专利技术是用于改善硅在用作锂离子负极材料时的体积膨胀效应,具有生产工艺简单,成本低,改善体积膨胀效果显著的优点。本发明专利技术的聚丙烯腈/硅负极极片电化学性能优异,1C倍率100次循环下可达1500mAh/g。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种聚丙烯腈/硅复合材料的锂离子电池负极极片,用于改善硅负极材料在充放电循环中的体积膨胀效应。
技术介绍
硅在替代石墨作为是锂离子电池负极非常有潜力的,而且地球储量丰富。在已知的锂离子电池负极中,硅负极是锂离子电池电极材料的一个重要研究方向。硅负极材料由于具有非常高的理论比容量,使之成为锂离子电池极具前景的负极替代材料.然而,硅负极材料在充放电过程中由于锂离子的嵌入和脱出会发生非常大的体积变形,这会引起活性材料的破坏失效,严重影响其电化学循环性能。因此,高性能硅负极锂离子电池面临的问题并不是一个单纯的化学容量、效率问题,还是一个重要的力学问题如粉化和剥落。研究表明聚丙烯腈由于其三维的线性结构,和锂离子电极材料复合可以起到比传统粘结剂比如PVDF更好的粘结作用,类似于一个柔性的线条,牢固地将电极材料绑在一起,有效地降低电极材料受到的应力,防止电极材料的掉粉和脱落现象。将聚丙烯腈和硅复合,有效地利用了聚丙烯腈由于其三维的线性结构,利用其对硅良好的粘结性能,对硅的体积膨胀起到一个很好的抑制的作用。随着锂离子电池负极领域的不断研究拓展,越来越多的材料可以被用作电极材料,而一些电极材料和硅具有类似的问题,在充放电过程中由于锂离子的嵌入和脱出会发生非常大的体积变形从而引起材料电化学性能变坏。因此,聚丙烯腈材料复合也从硅延伸到了在充放电过程中具有体积变形失效的材料。这些材料经过聚丙烯腈材料复合也可以作为电极材料的改性材料,从而改善其电化学性能,降低内部应力防止掉粉脱落,提高了电极材料的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于改善目前硅负极材料在充放电过程中的体积变形,从而引起活性材料的破坏失效的弊端,提出一种聚丙烯腈/硅复合材料及其制备方法。即通过与聚丙烯腈复合改善硅的体积膨胀率,进而改善材料倍率和低温性能的方法,提高材料电化学性能。本专利技术技术方法制备的聚丙烯腈/硅复合材料的锂离子电池负极材料显示出优异的电化学性能。本专利技术的技术方案:按照一定化学计量比称取硅、已知分子量的聚丙烯腈,加入适量N-甲基吡咯烷酮,进行搅拌,搅拌8小时后将得到的均匀混合浆料取出,用涂膜机涂于铜箔上,放于烘箱中80度干燥12小时即制得本专利技术所述的负极极片。本专利技术的有益效果是:聚丙烯腈由于其三维的线性结构,和锂离子电极材料复合可以起到很好的粘结剂的作用,牢固地将硅绑在一起,有效地降低硅材料在充放电过程中受到的应力,防止硅材料的掉粉和脱落现象。将聚丙烯腈和硅复合,有效地利用了聚丙烯腈由于其三维的线性结构,利用其对硅良好的粘结性能,对硅的体积膨胀起到一个很好的抑制的作用。本专利技术制备的聚丙烯腈/硅复合材料的锂离子电池负极极片,具有良好的比容量和倍率性能。在电流密度100mAg-1下0.05-1.5V电压范围的放电比容量不同聚丙烯腈的放电容量在1300~1500mAh·g-1之间,通过充放电前后电极材料的扫描电镜对比可看出聚丙烯腈对硅体积膨胀的抑制作用,有效防止掉粉和脱落。附图说明图1为按照本专利技术实施例制得的样品的X-射线衍射图。在图1中,横坐标为2θ/°,θ为衍射角。图2为按照本专利技术实施例制得的样品充放电循环前的扫描电子显微镜图。图3为按照本专利技术实施例制得的样品充放电循环后的扫描电子显微镜图。具体实施方式通过以下实施例说明本专利技术的具体实施方式,但本专利技术的保护范围并不局限于此。实施例:按照一定化学计量比称取2.0000g硅、已知分子量的聚丙烯腈0.3600g,加入1.5ml适量N-甲基吡咯烷酮,进行搅拌,搅拌8小时后将得到的均匀混合浆料取出,用涂膜机涂于铜箔上,放于烘箱中80度干燥12小时即制得本专利技术所述的负极极片。可调整硅粉和聚丙烯腈的比例制备不同质量分数聚丙烯腈/硅复合材料负极极片。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于用作锂离子电池负极极片,其特征在于,是聚丙烯腈和硅的复合材料,由以下组分按所述质量百分比组成:硅:80% ~ 90%聚丙烯腈:10% ~ 20%N‑甲基吡咯烷酮:用作溶剂,涂膜后烘干挥发。

【技术特征摘要】
1.一种用于用作锂离子电池负极极片,其特征在于,是聚丙烯腈和硅的复合材料,由以下组分按所述质量百分比组成:硅:80%~90%聚丙烯腈:10%~20%N-甲基吡咯烷酮:用作溶剂,涂膜后烘干挥发。2.如权利要求1所述的用作锂离子电池负极极片的硅,其特征在于硅的纯度大于99.9%。3.如权利要求1所述的用作锂离子电池负极极片的聚丙烯腈,其特征在于所述的聚丙烯腈分子量为6万至20万之间。4.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员:徐云龙罗磊王清清张阳叶盼周楠孙雨浓
申请(专利权)人:华东理工大学
类型:发明
国别省市:上海;31

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