一种负极活性材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提出了一种负极活性材料及其制备方法与应用，所述负极活性材料至少包括：硅基材料；以及Si/SiO螺旋纳米线，所述Si/SiO螺旋纳米线包覆所述硅基材料，且多个所述Si/SiO螺旋纳米线相互联结形成三维网络；其中，所述Si/SiO螺旋纳米线为核壳结构，所述Si为核结构，所述SiO为壳结构。本发明专利技术提供了一种负极活性材料及其制备方法与应用，能有效提高锂离子电池的性能。的性能。的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种负极活性材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及一种负极活性材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度高、安全性能好和污染小等优势，在众多储能器件中脱颖而出，备受关注。石墨类负极是目前商业化最成功的锂电池负极材料，但是商业化的高端石墨负极产品的比容量较低，无法满足高能量密度锂电池的要求，特别是消费电子产品和电动汽车领域的快速发展。因此，需要开发新一代高能量密度负极材料。
[0003]硅基材料具有高理论比容量、合适的电压和丰富的储量等特点，成为最有应用前景的新型负极材料之一。但硅基材料作为锂离子电池的负极材料时，也存在着一些问题，比如在脱/嵌锂的过程中会发生较大的体积膨胀、不可逆容量较高和导电性差等。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出了一种负极活性材料及其制备方法与应用，能有效改善负极的体积膨胀，从而提升锂电池的循环性能。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术是通过如下的技术方案实现的：
[0006]本专利技术提出一种负极活性材料，所述负极活性材料至少包括：
[0007]硅基材料；以及
[0008]Si/SiO螺旋纳米线，所述Si/SiO螺旋纳米线包覆所述硅基材料，且多个所述Si/SiO螺旋纳米线相互联结形成三维网络；
[0009]其中，所述Si/SiO螺旋纳米线为核壳结构，所述Si为核结构，所述SiO为壳结构。
[0010]在本专利技术一实施例中，所述硅基材料选自纯硅、氧化亚硅或二氧化硅中的任意一种或几种的混合物。
[0011]在本专利技术一实施例中，所述硅基材料的颗粒粒径为10μm
‑
20μm。
[0012]在本专利技术一实施例中，所述Si/SiO螺旋纳米线远离所述硅基材料的一端连接有金属M。
[0013]在本专利技术一实施例中，所述金属M选自金元素、银元素、铂元素或钯元素中的至少一种。
[0014]本专利技术还提出一种负极活性材料的制备方法，至少包括：
[0015]共聚物胶束的制备：将聚苯乙烯
‑
聚
‑4‑
乙烯基吡啶共聚物溶解在有机溶剂中，形成共聚物溶液，并向所述共聚物溶液中添加含金属M的前驱体，得到金属掺杂的共聚物胶束；
[0016]胶束修饰硅基材料的制备：将硅基材料的粉末加到金属掺杂的所述共聚物胶束中，并添加正己烷，形成金属掺杂的胶束修饰硅基材料；
[0017]硅基材料@M的制备：除去所述胶束修饰硅基材料中的共聚物，形成金属纳米粒子M包覆的硅基材料，硅基材料@M；以及
[0018]Si/SiO螺旋纳米线的制备：对所述硅基材料@M进行退火处理，在所述硅基材料@M表面形成核壳结构的Si/SiO螺旋纳米线，所述Si/SiO螺旋纳米线包覆所述硅基材料@M，获得所述负极活性材料。
[0019]在本专利技术一实施例中，添加的所述金属M与所述共聚物中的聚
‑4‑
乙烯基吡啶的摩尔比为0.8
‑
1。
[0020]在本专利技术一实施例中，所述退火处理的温度为1000℃
‑
1100℃。
[0021]在本专利技术一实施例中，采用等离子体刻蚀法除去所述胶束修饰硅基材料中的共聚物，刻蚀速率为0.40nm/min
‑
0.50nm/min。
[0022]本专利技术还提出一种锂电池，包括上述的负极活性材料。
[0023]综上所述，本专利技术提出了一种负极活性材料及其制备方法与应用，能够制备具有核壳式纳米线结构的负极活性材料，使得负极在充放电过程中结构保持稳定，从而降低负极的体积膨胀。且负极活性材料具有三维网络结构，可以提高负极的导电性。材料比表面积大，能够增大与电解液的接触面积，从而增强Li
+
的传输，从而提高锂电池的循环性能。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术中一种负极活性材料的制备方法的流程图。
[0026]图2为本专利技术中实施例1中负极活性材料的制备方法的示意图。
[0027]图3为本专利技术实施例1和对比例1中锂电池的循环性能图。
[0028]图4为本专利技术实施例1和对比例1中锂电池的幅相频率特性曲线(Nyquist曲线)图。
[0029]图5为本专利技术对比例1中锂电池循环充放电后极片的SEM图。
[0030]图6为本专利技术实施例1中锂电池循环充放电后极片的SEM图。
[0031]图7为本专利技术实施例1和对比例1中循环充放电后极片的变化示意图。
具体实施方式
[0032]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。
[0033]应当理解的是，本专利技术能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本专利技术的范围完全地传递给本领域技术人员。如没有特别说明，以下实施例所示的“％”和“份”分别是指“质量％”和“质量份”。
[0034]下面结合若干实施例及附图对本专利技术的技术方案做进一步详细说明，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发
明保护的范围。
[0035]在负极材料中，硅基负极材料由于具有高理论比容量，被认为是一种可以有效提升锂离子电池能量密度的负极材料，受到广泛关注及研究。本专利技术提出一种负极活性材料及其制备方法与应用，能够改善硅基负极材料的体积膨胀，从而提升锂电池的循环性能，可应用于各种电子产品及电动车领域中。
[0036]本专利技术提出一种负极活性材料，包括硅基材料和Si/SiO螺旋纳米线，Si/SiO螺旋纳米线包覆硅基材料，且多个Si/SiO螺旋纳米线相互联结形成三维网络。其中，Si/SiO螺旋纳米线为核壳结构，Si为核结构，SiO为壳结构，且Si/SiO螺旋纳米线远离硅基材料的一端连接有金属M。在本专利技术一实施例中，金属M例如选自金元素、银元素、铂元素或钯元素等中的至少一种。在本专利技术一实施例中，硅基材料(SiO
x
，0≤x≤2)例如选自纯硅、氧化亚硅(SiO)或二氧化硅(SiO2)等中的一种或几种的混合物。且硅基材料的颗粒粒径例如为10μm
‑
20μm。
[0037]请参阅图1所示，本专利技术还提出一种负极活性材料的制备方法，包括但不限于步骤S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极活性材料，其特征在于，至少包括：硅基材料；以及Si/SiO螺旋纳米线，所述Si/SiO螺旋纳米线包覆所述硅基材料，且多个所述Si/SiO螺旋纳米线相互联结形成三维网络；其中，所述Si/SiO螺旋纳米线为核壳结构，所述Si为核结构，所述SiO为壳结构。2.根据权利要求1所述的一种负极活性材料，其特征在于，所述硅基材料选自纯硅、氧化亚硅或二氧化硅中的任意一种或几种的混合物。3.根据权利要求1所述的一种负极活性材料，其特征在于，所述硅基材料的颗粒粒径为10μm
‑
20μm。4.根据权利要求1所述的一种负极活性材料，其特征在于，所述Si/SiO螺旋纳米线远离所述硅基材料的一端连接有金属M。5.根据权利要求4所述的负极活性材料的制备方法，其特征在于，所述金属M选自金元素、银元素、铂元素或钯元素中的至少一种。6.一种如权利要求1
‑
5任一项所述的负极活性材料的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：共聚物胶束的制备：将聚苯乙烯
‑
聚
‑4‑
乙烯基吡啶共聚物溶解在有机溶剂中，形成共聚物溶液，并向所述共聚物溶液中添加含金属M的前驱体，得到金属掺杂的共...

【专利技术属性】
技术研发人员：何薇，钟文彬，胡德鹏，马明远，陈超，
申请(专利权)人：江苏耀宁新能源创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：