一种三维多孔鸟巢状硅碳复合负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种三维多孔鸟巢状硅碳复合负极材料及其制备方法，复合负极材料包括纳米硅粉、SiOx层、碳纳米管以及表面活性剂热解形成的碳壳；加入表面活性剂可有效抑制纳米硅颗粒的团聚，表面活性剂高温热解时在纳米硅颗粒表面生成的碳层可提高复合材料导电性，同时利用不同表面活性剂热解碳的韧性及强度性质抑制硅锂化/去锂化过程中的体积效应；纳米硅粉、SiOx层、碳纳米管以及表面活性剂热解碳共同构建了硅碳复合材料中的三维多孔鸟巢状结构；使用本发明专利技术制得的硅碳复合负极材料容量在500次循环后与初始容量相比没有衰减，具有高容量和优异的循环稳定性；本发明专利技术提供的工艺方法具有操作简单、成本低廉、可规模化生产等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种三维多孔鸟巢状硅碳复合负极材料及其制备方法
：本专利技术涉及一种三维多孔鸟巢状硅碳复合负极材料及其制备方法，属于锂离子电池负极材料

技术介绍
：锂离子电池具有能量密度高，安全性好、循环寿命长等优点，已成长为新型的能量储存和转化装置，在便携式电子产品、电动工具及电动车等领域获得广泛应用。目前商业化的锂离子电池负极材料主要为石墨，但其比容量较低，同时过充时存在形成锂枝晶的安全隐患，已经无法进一步满足电动汽车、航空航天及大、中型风光储能电站等对高性能锂离子电池的要求。硅在目前已知的储锂材料中理论比容量最高（4200mAhg-1），并且硅的嵌锂电位较高（＞0.2Vvs.Li+/Li）、安全性好，储量丰富，生产成本较低，是最有潜力的下一代锂离子电池负极材料。但是硅负极材料在充放电过程中伴随着300%以上的巨大体积变化，由此产生的机械应力会造成硅颗粒的破碎、粉化，导致硅基材料容量迅速衰减；在传统电解液中LiPF6与残余水分作用产生的HF与硅发生反应，难以形成稳定的SEI膜，使电极的库伦效率和容量保持率较低；其次硅的导电性较差，作为电极材料时需要加入高导电材料。针对上述问题，国内外的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维多孔鸟巢状硅碳复合负极材料，其特征在于，复合负极材料包括纳米硅粉、SiOx层、碳纳米管以及表面活性剂热解碳形成的碳壳；所述的硅碳复合材料中硅的含量为15‑50 wt.%，SiOx的含量为1‑10 wt.%，碳纳米管的含量为5‑30 wt.%，表面活性剂热解碳的含量为1‑30 wt.%。

【技术特征摘要】
1.一种三维多孔鸟巢状硅碳复合负极材料，其特征在于，复合负极材料包括纳米硅粉、SiOx层、碳纳米管以及表面活性剂热解碳形成的碳壳；所述的硅碳复合材料中硅的含量为15-50wt.%，SiOx的含量为1-10wt.%，碳纳米管的含量为5-30wt.%，表面活性剂热解碳的含量为1-30wt.%。2.根据权利要求1所述的一种三维多孔鸟巢状硅碳复合负极材料，其特征在于，所述表面活性剂为羧酸盐型、硫酸酯盐型、磺酸盐型和磷酸酯盐型等阴离子表面活性剂，胺盐型、季铵盐型和杂环型等阳离子表面活性剂，氨基酸型和甜菜碱型等两性离子表面活性剂或聚氧乙烯型和多元醇型等非离子表面活性剂中一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种三维多孔鸟巢状硅碳复合负极材料，其特征在于，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种或两种，典型管径为1-100nm，长径比在1000：1以上。4.根据权利要求1所述的一种三维多孔鸟巢状硅碳复合负极材料，其特征在于，所述纳米硅粉粒径分布在30~500nm的范围。5.根据权利要求1所述的一种三维多孔鸟巢状硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下合成步骤：1)硅/碳纳米管/表面活性剂前处理：将表面活性剂分散在溶剂中，加入纳米硅粉、碳纳米管超声搅拌处理，得到分散均匀的混合溶液；2)硅/碳纳米管/表面活性剂前驱体的制备：将步骤1)处理得到的混合溶液转移到反...

【专利技术属性】
技术研发人员：马树华，李艳凯，龙志，徐鹏远，孙洋，张小康，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37