一种有机质/硅复合材料及其得到的电池负极和制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，本发明专利技术提供了一种有机质/硅复合材料，所述复合材料包括有机质和硅，所述有机质和硅的质量比为0.5～10:100；所述有机质中含有共轭羰基结构。本发明专利技术还提供了一种包含所述的有机质/硅复合材料的电池负极和制备方法。本发明专利技术的有机质具有优良的弹性和柔韧性，可以缓解硅的体积膨胀问题，延长电极的循环寿命；有机质含有共轭羰基结构，进一步提高电极的循环稳定性；有机质具有优异的导锂能力，可以提高硅负极的功率密度。本发明专利技术的有机质/硅复合材料应用于锂离子电池负极时，其10C下的比容量为2486mAh/g，在0.2C下循环100圈后，仍有2568mAh/g的比容量。仍有2568mAh/g的比容量。仍有2568mAh/g的比容量。

【技术实现步骤摘要】
一种有机质/硅复合材料及其得到的电池负极和制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
,尤其涉及一种有机质/硅复合材料及其得到的电池负极和制备方法。

技术介绍

[0002]发展高比能、高功率、长寿命负极对锂离子电池的规模化应用非常关键。硅材料具有理论比容量高(4200mAh/g)、原料丰富、价格低廉、对环境危害相对较小等优势，成为高比能锂离子电池负极材料的重要选择。然而，硅在充放电过程中体积变化很大(>300％)，导致硅颗粒粉化而从集流体脱落，同时导致其表面的固体电解质界面膜不稳定而造成大量的不可逆锂消耗，这使得硅负极循环性能差且倍率性能不佳。
[0003]因此，研究一种能够缓解硅的体积变化，延长电极的循环寿命，提高电极的功率密度和循环稳定性的复合材料，是锂离子电池发展的重要方向之一。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于为了克服现有技术的不足而提供一种有机质/硅复合材料及其得到的电池负极和制备方法。本专利技术的有机质/硅复合材料用于锂离子电池负极，具有优异的能量密度、功率密度、循环稳定性和循环寿命；本专利技术的有机质/硅复合材料可以有效弥补硅负极的缺点，是发展下一代高比能、高功率、长寿命锂离子电池的重要方向之一。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种有机质/硅复合材料，所述复合材料包括有机质和硅，所述有机质和硅的质量比为0.5～10:100；所述有机质中含有共轭羰基结构。
>[0007]作为优选，所述共轭羰基结构为羧酸和/或酸酐，所述硅为纳米硅。
[0008]本专利技术还提供了一种所述的有机质/硅复合材料的制备方法，将有机质、硅和溶剂混合后进行干燥处理，得到有机质/硅复合材料；
[0009]所述混合的温度为60～160℃，时间为2～8h；
[0010]所述溶剂为水、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺和二甲亚砜中的一种或几种。
[0011]作为优选，所述干燥处理的温度为60～160℃，时间为6～24h。
[0012]本专利技术还提供了一种包含所述的有机质/硅复合材料的电池负极，还包括导电剂和粘结剂；所述有机质/硅复合材料、导电剂和粘结剂的质量比为5～9：1～4：1～2。
[0013]作为优选，所述电池为锂离子电池；所述导电剂为导电炭黑、乙炔黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯和氧化石墨烯中的一种或几种；所述粘结剂为羧甲基纤维素、聚丙烯酸、聚乙烯醇和海藻酸钠中的一种或几种。
[0014]本专利技术还提供了一种所述的电池负极的制备方法，包括如下步骤：
[0015]1)将有机质/硅复合材料、导电剂、粘结剂和分散剂进行混合处理，得到电极浆料；
[0016]2)将电极浆料在铜集流体上进行涂布处理，得到所述电池负极。
[0017]作为优选，步骤1)所述分散剂为水、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺和二甲亚
砜中的一种或几种；所述混合处理的时间为20～40min。
[0018]作为优选，所述涂布处理后得到电池负极前顺次经过第一次干燥、压制、分切、第二次干燥处理；所述第一次干燥和第二次干燥处理的温度均为60～160℃，时间均为6～24h。
[0019]本专利技术的有益效果包括：
[0020]1)有机质具有优良的弹性和柔韧性，可以缓解硅的体积膨胀问题，延长电极的循环寿命。
[0021]2)有机质含有共轭羰基结构，可以与硅表面的羟基及粘结剂中的含氧官能团相互作用，进一步提高电极的循环稳定性。
[0022]3)有机质具有优异的导锂能力，可以提高硅负极的功率密度；有机质利用羰基结构和共轭效应可逆存储锂离子，可以为电极贡献一部分可逆容量；本专利技术的有机质/硅复合材料应用于锂离子电池负极时，其10C下的比容量为2486mAh/g，比相同倍率下的纯硅负极提高了911mAh/g；本专利技术的有机质/硅复合材料制备的负极在0.2C下循环100圈后，仍有2568mAh/g的比容量，比纯硅负极提高了1600mAh/g。
附图说明
[0023]图1为实施例5的有机质/硅复合材料和对比例1的硅粉的扫描电镜图；
[0024]图2为实施例5的有机质/硅复合材料和对比例1的硅粉的X-射线衍射图；
[0025]图3为实施例5的电池负极和对比例1的负极的首次充放电曲线图；
[0026]图4为实施例5的电池负极和对比例1的负极的倍率性能图；
[0027]图5为实施例5的电池负极和对比例1的负极的循环性能图。
具体实施方式
[0028]本专利技术提供了一种有机质/硅复合材料，所述复合材料包括有机质和硅，所述有机质和硅的质量比为0.5～10:100；所述有机质中含有共轭羰基结构。
[0029]本专利技术所述有机质/硅复合材料包含质量比为0.5～10:100的有机质和硅，优选为3～8:100，进一步优选为5～6:100。
[0030]本专利技术所述共轭羰基结构优选为羧酸和/或酸酐，所述硅优选为纳米硅。
[0031]本专利技术还提供了一种所述的有机质/硅复合材料的制备方法，将有机质、硅和溶剂混合后进行干燥处理，得到有机质/硅复合材料；
[0032]所述混合的温度为60～160℃，时间为2～8h；
[0033]所述溶剂为水、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺和二甲亚砜中的一种或几种。
[0034]本专利技术所述混合优选将有机质和硅在溶剂中分散均匀，所述混合过程中优选进行搅拌处理，所述混合完成后优选得到混合粉末，对混合粉末进行干燥处理。
[0035]本专利技术所述混合的温度优选为80～130℃，进一步优选为100～120℃；所述混合的时间优选为4～6h，进一步优选为5h。
[0036]本专利技术所述干燥处理的温度优选为60～160℃，进一步优选为80～130℃，更优选为100～120℃；所述干燥处理的时间优选为6～24h，进一步优选为10～20h，更优选为13～17h。
[0037]本专利技术所述干燥处理的目的是去除残留溶剂。
[0038]本专利技术所述溶剂为水、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺和二甲亚砜中的一种或几种，当所述溶剂为几种时，优选以等质量比例进行混合。
[0039]本专利技术还提供了一种包含所述的有机质/硅复合材料的电池负极，还包括导电剂和粘结剂；所述有机质/硅复合材料、导电剂和粘结剂的质量比为5～9：1～4：1～2。
[0040]本专利技术所述电池负极包含质量比为5～9：1～4：1～2的有机质/硅复合材料、导电剂和粘结剂，优选为6～8：2～3：1.5。
[0041]本专利技术所述电池优选为锂离子电池；所述导电剂优选为导电炭黑、乙炔黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯和氧化石墨烯中的一种或几种，当所述导电剂为几种时，优选以等质量比例进行混合，所述导电剂进一步优选为导电炭黑或乙炔黑；所述粘结剂优选为羧甲基纤维素、聚丙烯酸、聚乙烯醇和海藻酸钠中的一种或几种，当所述粘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机质/硅复合材料，其特征在于，所述复合材料包括有机质和硅，所述有机质和硅的质量比为0.5～10:100；所述有机质中含有共轭羰基结构。2.根据权利要求1所述的有机质/硅复合材料，其特征在于，所述共轭羰基结构为羧酸和/或酸酐，所述硅为纳米硅。3.权利要求1或2所述的有机质/硅复合材料的制备方法，其特征在于，将有机质、硅和溶剂混合后进行干燥处理，得到有机质/硅复合材料；所述混合的温度为60～160℃，时间为2～8h；所述溶剂为水、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺和二甲亚砜中的一种或几种。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述干燥处理的温度为60～160℃，时间为6～24h。5.一种包含权利要求1或2所述的有机质/硅复合材料的电池负极，其特征在于，还包括导电剂和粘结剂；所述有机质/硅复合材料、导电剂和粘结剂的质量比为5～9：1～4：1～2。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳，郑洪河，吕林泽，沈鸣，
申请(专利权)人：苏州华赢新能源材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：