一维多孔硅碳复合负极材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及电池负极材料领域，特别是涉及一种一维多孔硅碳复合负极材料、制备方法及其应用，本发明专利技术与现有技术相比，制备工艺简单，无需额外包覆改性，易于规模化生产；通过金属热还原和刻蚀方法原位诱导多孔硅的形成，在获得高可逆容量的同时能够显著提高硅活性组分的稳定性，改善硅的本征膨胀效应，避免颗粒粉化和结构坍塌等问题；通过聚合物基体静电纺丝能够获得直径小且粗细均匀的碳纤维基体，可以更好地为硅提供缓冲作用，提高电子传导率。本发明专利技术的多孔硅/碳复合负极材料，首次可逆比容量大于750mAh/g，同时首次循环库仑效率大于86％，具备优异的循环稳定性，克服了传统硅碳负极材料电化学稳定性差的问题，在储能和电动汽车领域中市场广阔。

【技术实现步骤摘要】
一维多孔硅碳复合负极材料、制备方法及其应用
本专利技术涉及电池负极材料领域，特别是涉及一种一维多孔硅碳复合负极材料、制备方法及其应用。
技术介绍
近年来电动汽车等新型产业技术的迅速发展，对高性能动力锂离子电池的需求也越来越迫切。锂离子电池性能的改善在很大程度上取决于嵌锂材料能量密度和循环寿命的提高。在新型负极材料研究中，硅因为具有最高的理论嵌锂容量(4200mAh/g)而越来越受瞩目。然而硅基材料在高程度脱嵌锂条件下，存在严重的体积膨胀问题，造成电极的循环稳定性大幅度下降。而以碳材料作为缓冲骨架，复合改善目前硅材料嵌脱锂过程中的机械不稳定性已成为硅碳材料重要研究方向。目前硅碳复合材料通常通过热解、机械混合/高能球磨等方法来制备，但是所述硅颗粒镶嵌在致密的碳基体中，在充放电期间由于硅的体积膨胀容易发生结构破裂，同时也会导致硅碳活性层与刚性铜集流体层间产生机械应力，导致硅材料粉化剥落，因此电池容量急剧下降，循环能力非常差。例如专利CN108933250A一种硅碳复合负极材料的制备工艺使用硅粉与多孔碳复合包覆处理得到硅碳负极材料，但是该方法受本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一维多孔硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)将纳米SiO

【技术特征摘要】
1.一种一维多孔硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将纳米SiO2与表面活性剂、高分子聚合物混合加入分散剂中，室温超声搅拌分散后得到纺丝溶液，通过静电纺丝得到SiO2/聚合物复合纤维；
(2)将步骤(1)所得SiO2/聚合物复合纤维进行氧化不熔化处理，然后在惰性气体保护下于400-600℃预碳化，降温后得到SiO2/碳复合纤维；
(3)将活性金属粉按一定质量比与步骤(2)所得SiO2/碳复合纤维混合，然后在惰性气体下通过热还原的方法将其中的部分SiO2还原成为硅单质，再经过酸洗、水洗和干燥得到Si/SiO2/碳复合纤维材料；
(4)将步骤(3)所得Si/碳复合纤维采用氢氟酸酸洗、水洗和干燥去除多余的SiO2，在碳纤维中形成嵌含有多孔硅纳米颗粒结构，最后在惰性气氛下600-1000℃高温热处理4-8小时，降至室温即得一维多孔硅/碳复合负极材料。


2.根据权利要求1所述的一维多孔硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述纳米SiO2的粒径为50-1000nm；所述纳米SiO2的纯度大于99.9％；所述表面活性剂为溴化十六烷三甲基铵、乙二醇、壬基酚聚氧乙烯醚、溴代十六烷基吡啶、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基甲基二乙氧基硅烷或3-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷中的1种或至少2种的组合；所述高分子聚合物为线性高软化点(250-280℃)沥青、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚酰亚胺中的1种或至少2种的组合；所述分散剂为水、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、丙酮、三氯化碳、N，N-二甲基乙酰胺中的1种或至少2种的组合。


3.根据权利要求1所述的一维多孔硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述纳米SiO2、表面活性剂与高分子聚合物的质量比为10-60:0.5-3:100；所述纺丝溶液中的高分子聚合物质量分数浓度为5-15％；所述的超声搅拌分散在室温下进行，超声功率大于50W，搅拌时间大于8h；所述静电纺丝条...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛传长，仰永军，
申请(专利权)人：广东凯金新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44