导电聚合物聚苯胺包覆多孔硅基负极材料的制备方法及其产品和应用技术

本发明专利技术提出一种导电聚合物聚苯胺(PANI)包覆多孔硅基负极材料的制备方法及其产品和应用，其通过硅基材料与聚苯胺混合均匀，加入引发剂诱导聚苯胺聚合包覆；再通过酸刻蚀的方法腐蚀硅铝合金材料，获得聚苯胺包覆的多孔硅材料。所获得的聚苯胺包覆的多孔硅材料应用于锂离子电池的负极材料。本发明专利技术通过导电聚合物聚合成硅基材料的包覆层，从而实现改善硅基材料包覆不均匀、抑制硅材料膨胀等特点，且通过引入导电聚合物，改善了硅基材料导电性差等问题。本发明专利技术提供的制备方法简单，条件温和，适用于工业化生产，能有效改进硅基材料性能。

Preparation method, products and application of conducting polymer polyaniline coated porous silicon-based anode materials

【技术实现步骤摘要】
导电聚合物聚苯胺包覆多孔硅基负极材料的制备方法及其产品和应用
本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种硅负极材料及包覆性能改进制备方法获得的一种锂离子电池硅负极材料，特别是涉及一种导电聚合物聚苯胺(PANI)包覆多孔硅基负极材料的制备方法及其产品和应用。
技术介绍
当前，随着社会对储能等方面的强烈需求，锂离子电池得到了长足的发展，锂离子电池硅负极材料也由于具有其它负极材料无法匹敌的比容量而成为科学界与工业界研究的热点。然而，在充放电过程中，由于硅电极在脱嵌锂过程中300-400%的体积变化以及导电性低等缺点而限制了硅的实际应用。因此，若是通过技术手段，能够采用简单有效的方法，改进现在硅负极缺点，便能够推动锂离子电池的变革。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术目的在于提供一种导电聚合物聚苯胺包覆多孔硅基负极材料的制备方法。本专利技术的再一目的在于：提供一种上述方法制备的导电聚合物聚苯胺包覆多孔硅基负极材料产品。本专利技术的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。本专利技术目的通过下述方案实现：一种导电聚合物聚苯胺包覆多孔硅基负极材料的制备方法，其特征在于，通过硅基材料与聚苯胺混合均匀，通过加入引发剂诱导聚苯胺聚合包覆；通过酸刻蚀的方法腐蚀硅铝合金材料，获得多孔的硅基负极材料，包括以下步骤：（1）筛选硅合金颗粒的粒径为1-5微米级别颗粒，以便利于提高材料振实密度；（2）将苯胺单体溶于NMP中，使苯胺的质量为硅合金中硅质量的2-15%，充分搅拌混合均匀；（3）将引发剂过氧化氢（H2O2）缓慢滴加入步骤（2）混合均匀的硅合金与苯胺中，通入惰性气氛氮气保护，低温下搅拌，反应完全后直接过滤、洗涤、干燥后得到聚苯胺包覆硅合金材料；（4）将聚苯胺包覆硅合金的材料置于1M盐酸和0.1M浓度的氢氟酸去除硅合金中的金属，经过过滤、洗涤、干燥后得到聚苯胺包覆的多孔硅材料。本专利技术提供的制备方法简单，条件温和，适用于工业化生产，能有效改进硅基材料性能。通过将导电聚合物聚合成硅基材料的包覆层，从而改善了硅基材料包覆不均匀、抑制硅材料膨胀等缺陷，图1中TEM图显示颗粒包覆均匀，且通过引入导电聚合物，改善了硅基材料导电性差等问题。在上述方案基础上，所选的1-5微米级别的颗粒D50=2-10μm。所述硅合金为硅铝合金，其中硅的含量为10-95%。本专利技术还提供了一种导电聚合物聚苯胺(PANI)包覆多孔硅基负极材料，根据上述任一所述方法制备得到。图2为实施例聚苯胺(PANI)包覆多孔硅基负极材料首效达82%，较常规硅粉70%首效，首效增加明显，可逆克容量也达到了2750mAh/g。本专利技术也提供了一种导电聚合物聚苯胺(PANI)包覆多孔硅基负极材料作为锂离子电池硅负极材料的应用。本专利技术优越性在于：提出了将导电聚合物聚合成硅基材料的包覆层，从而实现改善现在硅基材料包覆不均匀、抑制硅材料膨胀等特点，且通过引入导电聚合物，改善了硅基材料导电性差等问题。本专利技术提供的制备方法简单，条件温和，适用于工业化生产，能有效改进硅基材料性能。附图说明图1为实施例1聚苯胺(PANI)包覆多孔硅基负极材料的TEM图，颗粒包覆均匀，多孔结构明显；图2为实施例1聚苯胺(PANI)包覆多孔硅基负极材料首效，首效为82%。具体实施方式本专利技术通过下面具体实例进行详细的描述，但是本专利技术的保护范围不受限于这些实施例子。实施例1一种导电聚合物聚苯胺包覆多孔硅基负极材料，通过硅基材料与聚苯胺混合均匀，通过加入引发剂诱导聚苯胺聚合包覆；通过酸刻蚀的方法腐蚀硅铝合金材料，获得多孔的硅基负极材料，按以下步骤制备：（1）筛选硅合金颗粒的粒径为D50=5μm的颗粒，有利于提高材料振实密度；（2）硅铝合金中，硅的含量为70%，称取143g硅铝合金在酒精中清洗烘干后待用；将10g苯胺单体溶于NMP中，将硅合金与溶于NMP中的苯胺通过搅拌充分混合均匀，并使苯胺的质量为硅合金中硅质量的2-15%；（3）将混合均匀的硅合金和溶于NMP中的苯胺置于三口烧瓶中，缓慢滴加H2O2，整个过程通入惰性气氛氮气保护并且不间断低温下搅拌，反应完全后直接过滤、洗涤、干燥后得到聚苯胺包覆硅合金材料；然后，（4）将聚苯胺包覆硅合金的材料置于1M盐酸和0.1M浓度的氢氟酸去除硅合金中的金属，经过过滤、洗涤、干燥后得到聚苯胺包覆的多孔硅材料。将材料进行TEM表征，从图1可以看到颗粒包覆均匀，多孔结构明显。将产物聚苯胺包覆的多孔硅材料混合一定比例的粘结剂(LA132，10wt%)和导电剂(SP，10wt%)，制备成工作电极，组装成电池后静置24h。在环境温度为25℃的条件下，使用新威尔电池测试系统进行充放电测试，设置的截止电压为0.01-1.5V，使用的电流倍率充放电为0.1C。图2为实施例1聚苯胺(PANI)包覆多孔硅基负极材料首效，首效为82%。相比较于常规硅粉70%首效，聚苯胺(PANI)包覆多孔硅基负极材料首效明显增加，可逆克容量也达到了2750mAh/g。实施例2一种导电聚合物聚苯胺包覆多孔硅基负极材料，按以下步骤制备：（1）筛选硅合金颗粒的粒径为D50=3μm的颗粒，有利于提高材料振实密度；（2）硅铝合金中，硅的含量为60%，称取143g硅铝合金在酒精中清洗烘干后待用；将14g苯胺单体溶于NMP中，将硅合金与溶于NMP中的苯胺通过搅拌充分混合均匀，并使苯胺的质量为硅合金中硅质量的2-15%；（3）将混合均匀的硅合金和溶于NMP中的苯胺置于三口烧瓶中，缓慢滴加H2O2，整个过程通入惰性气氛氮气保护并且不间断低温下搅拌，反应完全后直接过滤、洗涤、干燥后得到聚苯胺包覆硅合金材料；然后，（4）将聚苯胺包覆硅合金的材料置于1M盐酸和0.1M浓度的氢氟酸去除硅合金中的金属，经过过滤、洗涤、干燥后得到聚苯胺包覆的多孔硅材料。将产物聚苯胺包覆的多孔硅材料混合一定比例的粘结剂(LA132，10wt%)和导电剂(SP，10wt%)，制备成工作电极，组装成电池后静置24h。在环境温度为25℃的条件下，使用新威尔电池测试系统进行充放电测试，设置的截止电压为0.01-1.5V，使用的电流倍率充放电为0.1C。实施例3一种导电聚合物聚苯胺包覆多孔硅基负极材料，按以下步骤制备：（1）筛选硅合金颗粒的粒径为D50=1μm的颗粒，有利于提高材料振实密度；（2）硅铝合金中，硅的含量为60%，称取143g硅铝合金在酒精中清洗烘干后待用；将20g苯胺单体溶于NMP中，将硅合金与溶于NMP中的苯胺通过搅拌充分混合均匀，并使苯胺的质量为硅合金中硅质量的2-15%；（3）将混合均匀的硅合金和溶于NMP中的苯胺置于三口烧瓶中，缓慢滴加H2O2，整个过程通入惰性气氛氮气保护并且不间断低温下搅拌，反应完全后直接过滤、洗涤、干燥后得到聚苯胺包覆硅合金材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导电聚合物聚苯胺包覆多孔硅基负极材料的制备方法，其特征在于，通过硅基材料与聚苯胺混合均匀，通过加入引发剂诱导聚苯胺聚合包覆；通过酸刻蚀的方法腐蚀硅铝合金材料，获得多孔的硅基负极材料，包括以下步骤：/n（1）筛选硅合金颗粒的粒径为1-5微米级别颗粒；/n（2）将苯胺单体溶于NMP中，使苯胺的质量为硅合金中硅质量的2-15%，充分搅拌混合均匀；/n（3）将引发剂过氧化氢（H

【技术特征摘要】
1.一种导电聚合物聚苯胺包覆多孔硅基负极材料的制备方法，其特征在于，通过硅基材料与聚苯胺混合均匀，通过加入引发剂诱导聚苯胺聚合包覆；通过酸刻蚀的方法腐蚀硅铝合金材料，获得多孔的硅基负极材料，包括以下步骤：
（1）筛选硅合金颗粒的粒径为1-5微米级别颗粒；
（2）将苯胺单体溶于NMP中，使苯胺的质量为硅合金中硅质量的2-15%，充分搅拌混合均匀；
（3）将引发剂过氧化氢（H2O2）缓慢滴加入步骤（2）混合均匀的硅合金与苯胺中，通入惰性气氛氮气保护，低温下搅拌，反应完全后直接过滤、洗涤、干燥后得到聚苯胺包覆硅合金材料；
（4）将聚苯胺包覆硅合金的材料置于1M盐酸和0.1M浓度的氢氟酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔大祥，张道明，张芳，王亚坤，阳靖峰，卢玉英，焦靖华，葛美英，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31