中空硅微球-氮掺杂碳纳米线硅负极材料及其制法和应用制造技术

本发明专利技术提供一种中空硅微球‑氮掺杂碳纳米线硅负极材料及其制法和应用。制备方法包括：聚胺类化合物溶于N‑甲基吡咯烷酮中，获得聚胺类化合物溶液；有机硅源溶于有机溶剂中，获得有机硅源溶液；纳米金属颗粒分散于有机硅源溶液中，在搅拌过程中加入聚胺类化合物溶液，进行溶胶‑凝胶反应，获得初胶液；氨水加入到初胶液中，进一步进行溶胶‑凝胶反应，获得胶液；胶液进行静电纺丝得到原丝；原丝烧结后浸酸处理，酸处理后的产物洗涤至中性并干燥得到中空硅微球‑氮掺杂碳纳米线硅负极材料。该硅负极材料在嵌锂过程中，可以向内部膨胀以及释放应力，其膨胀较传统硅材料小；用于制备锂离子电池，制得的锂离子电池膨胀较小，循环稳定性较高。

【技术实现步骤摘要】
中空硅微球-氮掺杂碳纳米线硅负极材料及其制法和应用
本专利技术属于锂离子电池材料
，涉及一种中空硅微球-氮掺杂碳纳米线硅负极材料及其制法和应用。
技术介绍
随着电动汽车与便携式用电器的发展，高能量密度锂离子电池的需求也日益增加。传统石墨负极材料理论比容量仅有372mAh/g，很难满足市场需求。硅材料的首次克容量为4200mAh/g，嵌锂平台更高，地壳储存丰富，对环境友好等优势，逐渐引起研究者的广泛关注。然而硅的体积膨胀高达300％，在循环过程中，不仅会导致硅与周围的导电炭网络分离，形成“死硅”，还会导致硅与集流体发生剥离。其次，较大的体积膨胀还会导致表面的SEI膜不断重组破坏，使SEI膜越来越厚，不断消耗正极的Li+，库伦效率降低。最后，较大的体积膨胀在循环后期导致硅材料粉化，这些问题最终导致循环性能急剧恶化。研究者们主要通过将硅与碳材料复合、与金属材料复合来解决上述问题。在金属硅合金方面，主要是与Al、Ti、Mg等金属复合，NaziaS.Nazer等[NazerNS,DenysRV,AndersenHF,etal.Nan本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中空硅微球-氮掺杂碳纳米线硅负极材料的制备方法，其包括以下步骤：/n聚胺类化合物溶于N-甲基吡咯烷酮中，获得聚胺类化合物溶液；/n有机硅源溶于有机溶剂中，获得有机硅源溶液；/n纳米金属颗粒分散于有机硅源溶液中，在搅拌过程中加入聚胺类化合物溶液，进行溶胶-凝胶反应，获得初胶液；/n氨水加入到初胶液中，进一步进行溶胶-凝胶反应，获得胶液；/n胶液进行静电纺丝得到原丝；原丝烧结后浸酸处理，酸处理后的产物洗涤至中性并干燥得到中空硅微球-氮掺杂碳纳米线硅负极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种中空硅微球-氮掺杂碳纳米线硅负极材料的制备方法，其包括以下步骤：
聚胺类化合物溶于N-甲基吡咯烷酮中，获得聚胺类化合物溶液；
有机硅源溶于有机溶剂中，获得有机硅源溶液；
纳米金属颗粒分散于有机硅源溶液中，在搅拌过程中加入聚胺类化合物溶液，进行溶胶-凝胶反应，获得初胶液；
氨水加入到初胶液中，进一步进行溶胶-凝胶反应，获得胶液；
胶液进行静电纺丝得到原丝；原丝烧结后浸酸处理，酸处理后的产物洗涤至中性并干燥得到中空硅微球-氮掺杂碳纳米线硅负极材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在聚胺类化合物溶液中，所述聚胺类化合物的摩尔浓度为1～5mol/L；
优选地，所述聚胺类化合物包括聚酰胺、聚酰胺亚胺和聚苯胺中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在有机硅源溶液中，所述有机硅源的摩尔浓度为1～5mol/L；
优选地，所述有机硅源包括正硅酸乙酯、正硅酸甲酯及其同系物或卤素取代物中的一种或多种的组合；
优选地，所述有机溶剂包括乙醇、乙醚和苯中的一种或多种的组合。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，将纳米金属颗粒分散于有机硅源溶液中，在搅拌过程中加入聚胺类化合物溶液，进行溶胶-凝胶反应时，反应体系中，所述纳米金属颗粒、所述有机硅源和所述聚胺类化合物的摩尔比为(1～4)：1：(0.6～1.5)；
优选地，所述纳米金属颗粒包括Mg、Al、Fe、Co、Ni中的一种或多种金属的纳米颗粒；
优选地，加入聚胺类化合物溶液进行溶胶-凝胶反应的温度为常温，反应时间为0.5～2h。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述氨水与所述初胶液的体积比为(1～2)：20；所述氨水的摩尔浓度为4～10mol/L；
优选地，氨水加入到...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，王庆莉，林少雄，许家齐，辛昱，齐美洲，张辰，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34