基于压电效应的高容量硅基复合材料、锂电池的负极材料及其制备方法、锂电池技术

本发明专利技术提供一种基于压电效应的高容量硅基复合材料、锂电池的负极材料及其制备方法、锂电池，包括具有多孔结构的改性的Si/C材料、与改性的Si/C材料共混的压电材料PbLa

【技术实现步骤摘要】
基于压电效应的高容量硅基复合材料、锂电池的负极材料及其制备方法、锂电池


[0001]本专利技术属于锂电池领域，具体涉及一种基于压电效应的高容量硅基复合材料及其制备方法、锂电池的负极材料及其制备方法、锂电池。

技术介绍

[0002]石墨是目前应用最为广泛的商业锂离子电池负极材料，但其理论比容量仅为372mAh g
‑1，且充放电电位较低(0.01
‑
0.25V vs.Li/Li
+
)，在嵌锂过程中容易形成锂枝晶。与之相比，硅负极材料具有超高理论比容量(4200mA h g
‑1)，硅在地壳元素中储量丰富，具有成本低、环境友好等特点，因此硅被认为是极具潜力的下一代锂离子电池负极材料。
[0003]但是硅基材料也有缺陷：(1)硅基材料属于半导体，其导电性不好；(2)硅基材料在脱嵌锂的过程中体积膨胀很大，高达300％，在多次嵌锂/脱锂后，导致材料粉化，并与导电剂和集流体失去电接触，最终导致可逆容量急速衰减。目前，最为常见的方法是将其与碳材料复合；这有利于缓解锂离子脱出/嵌入过程的应力不均匀时产生的材料开裂、粉化等问题，使得循环性能有所改善，但体积膨胀问题始终无法避免，距商业使用有较大的差距。
[0004]为了解决以上问题，需要研发出一种硅基复合材料及其制备方法、锂电池的负极材料及其制备方法、锂电池。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术的目的是提供一种性能优异的基于压电效应的高容量硅基复合材料及其制备方法，得到锂电池的负极材料和高容量的锂电池，。
[0006]本专利技术的第一个目的在于提供一种基于压电效应的高容量锂离子硅基复合材料，包括具有多孔结构的改性的Si/C材料、与所述改性的Si/C材料共混的压电材料PbLa
0.04
Zr
0.52
Ti
0.48
O3。
[0007]具体的，按照质量分数计，所述压电材料PbLa0.04Zr0.52Ti0.48O3占所述硅基复合材料的质量百分比为5
‑
30％。
[0008]本专利技术的第二个目的在于提供一种如上所述硅基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0009]S1、将Si/C原料进行球磨，得到所述改性的Si/C材料，备用；
[0010]S2、分别称量Pb(CH3COOH)2·
3H2O、La(NO3)3·
6H2O、ZrOCl2·
8H2O和TiO2并加入水中得到前驱体溶液，再加入矿化剂的水溶液进行水热反应，经后处理得到所述压电材料PbLa
0.04
Zr
0.52
Ti
0.48
O3，备用；
[0011]S3、将所述改性的Si/C材料和所述压电材料PbLa
0.04
Zr
0.52
Ti
0.48
O3混合，并进行球磨，得到所述硅基复合材料。
[0012]具体的，步骤S2中，Pb(CH3COOH)2·
3H2O、La(NO3)3·
6H2O、ZrOCl2·
8H2O和TiO2的投料摩尔比为(1
‑
3):(0.01
‑
1):(1
‑
2):1。
[0013]具体的，步骤S2中，所述水热反应的温度为160
‑
200℃，水热反应的时间温度为4
‑
6h。
[0014]具体的，步骤S2中，所述矿化剂的水溶液的浓度为3
‑
5mol/L，所述矿化剂的水溶液与S2步骤所述前驱体溶液中的水的体积比为(20
‑
40):(30
‑
50)；
[0015]优选地，所述矿化剂为选自KOH、NaOH、NH3·
H2O中的至少一种。
[0016]具体的，步骤S1和S3中的球磨步骤，需要在惰性气体氛围下进行；所述制备方法在球磨后还包括过筛的步骤；
[0017]优选地，步骤S1的球磨步骤中，球料比为(10
‑
50):1，球磨时间为10
‑
12h；
[0018]步骤S3的球磨步骤中，球料比为(10
‑
30):1，球磨时间为8
‑
12h。
[0019]本专利技术的第三个目的在于提供一种锂电池的负极材料，包括如上所述硅基复合材料或如上所述制备方法制备得到的硅基复合材料。
[0020]本专利技术的第四个目的在于提供一种如上所述负极材料的制备方法，包括如下步骤：将所述硅基复合材料、导电剂和粘结剂按照质量比为(7
‑
9):1:1分散在水溶剂中得到混合分散液，将所述混合分散液涂覆在铜箔上，干燥得到电极片，即所述负极材料。
[0021]本专利技术的第五个目的在于提供一种锂电池，包括上所述负极材料或如上所述制备方法得到的负极材料。
[0022]本专利技术克服了现有技术中，具有如下优点：
[0023](1)本专利技术的制备方法简单易操作，能耗较低，污染小；
[0024](2)多孔改性的Si/C材料作为基体确保了该负极材料的高比容量，多孔结构为锂离子提供了多路径的传输通道，并且为硅的体积膨胀提供了有效的缓冲空间；
[0025](3)利用本专利技术方法制备的硅基复合材料，用于锂离子电池负极材料；首先，多孔改性的Si/C材料中碳材料的引入增加了Si的导电性；此外碳材料有利于缓解锂离子脱出/嵌入过程的应力不均匀时产生的材料开裂、粉化等问题，使得循环性能有所改善；此外制备过程中的球磨处理，也能改善循环性能；
[0026](4)本专利技术引入压电材料PbLa
0.04
Zr
0.52
Ti
0.48
O3(PLZT)，多孔改性的Si/C材料在合金化过程中产生的应力，传递给压电材料PLZT，压电材料PLZT响应产生压电效应，生成局部电场，加快锂离子传输，应用于锂离子电池具有循环稳定性更好、倍率性能更优异、内阻更小等特点。
[0027]说明书附图
[0028]图1为实施例3中制得的压电材料PbLa
0.04
Zr
0.52
Ti
0.48
O3的SEM图；
[0029]图2为实施例3中制得的硅基复合材料的SEM图；
[0030]图3为实施例3中制得的硅基复合材料的TEM图；
[0031]图4为不同实施例中制得的硅基复合材料的充放电测试对比图；
[0032]图5对比例2中制得的硅基材料BM
‑
Si/C的SEM图；
[0033]图6为对比例2中制得的硅基材料BM
‑
Si/C的TEM图。
具体实施方式
[0034]本专利技术提供一种锂电池，包括负极材料。负极材料的制备方法，包括如下步骤：将基于压电效应的高容量锂离子硅基复本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于压电效应的高容量锂离子硅基复合材料，其特征在于：包括具有多孔结构的改性的Si/C材料、与所述改性的Si/C材料共混的压电材料PbLa
0.04
Zr
0.52
Ti
0.48
O3。2.根据权利要求1所述硅基复合材料，其特征在于，按照质量分数计，所述压电材料PbLa
0.04
Zr
0.52
Ti
0.48
O3占所述硅基复合材料的质量百分比为5
‑
30％。3.一种如权要求1
‑
2中任一所述硅基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将Si/C原料进行球磨，得到所述改性的Si/C材料，备用；S2、分别称量Pb(CH3COOH)2·
3H2O、La(NO3)3·
6H2O、ZrOCl2·
8H2O和TiO2并加入水中得到前驱体溶液，再加入矿化剂的水溶液进行水热反应，经后处理得到所述压电材料PbLa
0.04
Zr
0.52
Ti
0.48
O3，备用；S3、将所述改性的Si/C材料和所述压电材料PbLa
0.04
Zr
0.52
Ti
0.48
O3混合，并进行球磨，得到所述硅基复合材料。4.根据权利要求3所述硅基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S2中，Pb(CH3COOH)2·
3H2O、La(NO3)3·
6H2O、ZrOCl2·
8H2O和TiO2的投料摩尔比为(1
‑
3):(0.01
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：任玉荣，陈金媛，李建斌，赵宏顺，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：