一种导电聚合物改性SiO负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种导电聚合物改性SiO负极材料的制备方法，包括：将以小球藻为原料制得的生物模板与含Si溶剂混合均匀后，先在一定的气压压力下球磨，然后在惰性气氛下烧结，再通过原位聚合法在产物表面包覆聚苯胺，即得。本发明专利技术制得的导电聚合物改性SiO负极材料具有优良的物化性能和电化学性能，且具有材料来源广泛、性能稳定、循环性能优异的优点。循环性能优异的优点。循环性能优异的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种导电聚合物改性SiO负极材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池负极材料
，尤其涉及一种导电聚合物改性SiO负极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，锂离子电池(LIBs)技术得到了快速发展，因为其具有循环寿命长、环境友好、比能量高等方面优点，在手机电池、家庭储能、动力汽车等动力电源等领域得到了广泛的应用。目前，锂离子电池的负极材料主要采用传统的石墨负极材料，但石墨负极材料的实际可逆容量只有约350mAh/g，难以满足人们对电池长续航的要求。硅的理论容量高达4200mAh/g，超过石墨理论容量(372mAh/g)的十倍，但Si与Li结合时会产生巨大的体积膨胀，很容易造成锂离子电池的容量衰减，大大限制了其作为负极材料的实际应用。
[0003]近年来，很多研究学者在Si负极材料上做了很多尝试。氧化亚硅(SiO)材料具有容量高优点，但是其导电性能差和膨胀大导致循环性能差的问题一直难以解决。主流技术方案有歧化处理、碳包覆处理和刻蚀处理等。如SEPEHR H等(参考文献：SEPEHR H,OHKUBO H,KODZUKA M.Evidence for nano
‑
Si clusters in amorphous SiO anode materials for rechargeable Li
‑
ion batterys[J].Scripta Materialia，2013，69：92
‑
95.)采用歧化处理和碳包覆的方法处理SiO前驱体，得到了循环性能较好的SiO负极材料。再如专利CN112289987A报道了采用酸刻蚀的方法对SiO进行表面刻蚀，进行造孔缓解材料嵌锂膨胀。这些方法处理的SiO材料性能还尚能满足电芯端应用的实际要求或这些方法在实际量产过程中难以实现。

技术实现思路

[0004]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种导电聚合物改性SiO负极材料的制备方法。
[0005]本专利技术提出的一种导电聚合物改性SiO负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1、将小球藻依次经过去离子水清洗、有机溶剂浸泡、低温烘干，得到生物模板；
[0007]S2、将乙二醇、乙醇、硅烷偶联剂、十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸乙酯混合均匀，得到混合溶液；
[0008]S3、将所述生物模板与混合溶液混合均匀，在一定的气压压力下球磨，然后固液分离，将得到的固体物质烘干，在惰性气氛下烧结，冷却后研磨，得到粉体；
[0009]S4、在所述粉体表面通过原位聚合法包覆聚苯胺，得到导电聚合物改性SiO负极材料。
[0010]优选地，S1中，有机溶剂由甲醛、乙二醇、乙醇按体积比为1：(1
‑
3)：(1
‑
3)混合得到。
[0011]优选地，S1中，低温烘干的温度为60
‑
100℃，时间为3
‑
5h。
[0012]优选地，S2中，乙二醇、乙醇、硅烷偶联剂、十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸乙酯的
质量比为(3
‑
5)：(1
‑
3)：(2
‑
4)：1：(3
‑
6)。
[0013]优选地，所述硅烷偶联剂为KH
‑
550、KH
‑
560或其组合。
[0014]优选地，所述生物模板与混合溶液的质量比为1:(5
‑
15)。
[0015]优选地，S3中，在1
‑
2大气压的气压压力下球磨8
‑
10h。
[0016]优选地，S3中，烧结的温度为450℃
‑
550℃，时间为3
‑
5h。
[0017]优选地，S3中，烘干的温度为60
‑
100℃，时间为3
‑
5h。
[0018]优选地，S4中，在所述粉体表面通过原位聚合法包覆聚苯胺的具体方法为：将所述粉体加入含苯胺的酸性溶液中混合均匀，然后在0
‑
5℃下加入氧化剂，进行聚合反应2
‑
5h。
[0019]优选地，聚合反应结束后，还包括下述步骤：固液分离，将得到的固体物质经过洗涤、烘干、研磨，即得。
[0020]优选地，所述含苯胺的酸性溶液中，苯胺浓度为0.5
‑
1mol/L，H
+
浓度为0.5
‑
3mol/L。
[0021]优选地，所述含苯胺的酸性溶液是将苯胺溶于酸的水溶液中得到，其中酸为盐酸、硫酸、硝酸中的至少一种。
[0022]优选地，所述氧化剂为过硫酸铵、双氧水、三氯化铁中的至少一种。
[0023]优选地，所述氧化剂的用量为所述粉体的质量的1
‑
1.3倍。
[0024]一种导电聚合物改性SiO负极材料，由所述的制备方法制得。
[0025]在本专利技术中，所使用的的水均为去离子水。
[0026]在本专利技术中，对固液分离的方法不作特别限定，可采用常规方法例如过滤、离心。
[0027]本专利技术的有益效果如下：
[0028]本专利技术以小球藻为原料制作生物模板，以乙二醇、乙醇、硅烷偶联剂、十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸乙酯复配得到液态的含Si溶剂，该溶剂具有很强的渗透力和溶解力，可以携带Si源进入生物模板的分子层和内部的空隙，从而实现各种物质的均一混合，将上述生物模板与含Si溶剂的混合物经过煅烧处理，正硅酸乙酯在高温下水解生成SiO，同时生物模板碳化生成软/硬碳并与Si反应，得到尺寸均一且形貌规整的SiO颗粒，软/硬碳穿插在SiO的内部和外表面，可以很好的抑制SiO嵌锂时的膨胀，且软/硬碳具有很好的导离子和电子的性能，可以有效地大幅度提升SiO的循环性能；最后通过原位聚合法将导电聚合物聚苯胺包裹在颗粒的表面，其中硅烷偶联剂与C以及SiO表面形成的化学键更容易被聚苯胺包覆，可以更好地与软/硬碳及SiO之间发挥协同作用，该导电聚合物具有一定的弹性机制，能进一步抑制SiO颗粒的破裂，有效地提升了SiO颗粒的嵌/脱的稳定状态。
[0029]本专利技术制得的导电聚合物改性SiO负极材料的粒度为1
‑
3μm，振实密度为0.6
‑
0.8g/cm3，比表面积为1.5
‑
2.5m2/g，脱锂容量为1000
‑
1400mAh/g，半电池效率为60
‑
88％，且本专利技术具有材料来源广泛、性能稳定、循环性能优异的优点。
附图说明
[0030]图1为实施例1制得的导电聚合物改性SiO负极材料的扫描电镜图片。
[0031]图2为实施例1制得的导电聚合物改性SiO负极材料组装得到的锂离子电池的扣电曲线图。
[0032]图3为实施例1制得的导电聚合物改性SiO负极材料与聚苯胺包覆市售本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导电聚合物改性SiO负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将小球藻依次经过去离子水清洗、有机溶剂浸泡、低温烘干，得到生物模板；S2、将乙二醇、乙醇、硅烷偶联剂、十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸乙酯混合均匀，得到混合溶液；S3、将所述生物模板与混合溶液混合均匀，在一定的气压压力下球磨，然后固液分离，将得到的固体物质烘干，在惰性气氛下烧结，冷却后研磨，得到SiO/C复合材料；S4、在所述粉体表面通过原位聚合法包覆聚苯胺，得到导电聚合物改性SiO负极材料。2.根据权利要求1所述的导电聚合物改性SiO负极材料的制备方法，其特征在于，S1中，有机溶剂由甲醛、乙二醇、乙醇按体积比为1：(1
‑
3)：(1
‑
3)混合得到；优选地，S1中，低温烘干的温度为60
‑
100℃，时间为3
‑
5h。3.根据权利要求1所述的导电聚合物改性SiO负极材料的制备方法，其特征在于，S2中，乙二醇、乙醇、硅烷偶联剂、十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸乙酯的质量比为(3
‑
5)：(1
‑
3)：(2
‑
4)：1：(3
‑
6)。4.根据权利要求1所述的导电聚合物改性SiO负极材料的制备方法，其特征在于，所述生物模板与混合溶液的质量比为1：(5
‑
15)。5.根据权利要求1所述的导电聚合物改性SiO...

【专利技术属性】
技术研发人员：王叶，蔡桂凡，陈晨，刘超辉，赵坤，林少雄，史鑫磊，
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：