锂离子电池阳极制造技术

本发明专利技术涉及一种锂离子电池阳极，包括：一由多个碳纳米管相互缠绕形成的碳纳米管三维网络结构；多个包覆无定形碳的纳米硅颗粒分散在所述碳纳米管三维网络结构中，并粘附在碳纳米管的表面，该无定形碳由带正电的可碳化聚合物高温裂解得到；以及两个碳纳米管功能层，分别铺设在所述该碳纳米管三维网络结构的两个相对的表面，该碳纳米管功能层包括至少两层超顺排碳纳米管膜层叠交叉设置

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池阳极


[0001]本专利技术涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种包括均匀复合的纳米硅和碳纳米管的锂离子电池阳极
。

技术介绍

[0002]硅材料具有极高的理论比容量和丰富的储量，是一种理想的阳极材料
。
近年来，随着电子器件的快速发展，对电子器件的柔性也提出了新的要求，因此，制备柔性硅阳极至关重要
。
然而，在锂离子电池循环过程中硅的严重体积变化很容易导致电极破裂并从集流体上分离；而且硅材料的柔性和导电性差，进一步限制了其在锂离子电池中的应用
。
相对于常规硅材料，纳米硅能更好地承受体积变化引起的机械应力，有效避免颗粒粉碎；而且纳米级尺寸缩短了电子传输路径并提高了纳米硅的导电性
。
然而，纳米硅比较容易发生团聚
。
[0003]碳纳米管
(CNT)
具有高纵横比
、
表面清洁
、
范德华力强
、
以及力学电学热学性能好等特性，由
CNT
制备的碳纳米管膜
、
碳纳米管海绵等宏观材料表现出优异的电热和机械柔韧性能
。
因此，采用
CNT
与纳米硅进行复合，能够得到导电性较好的柔性纳米硅阳极
。
[0004]然而，
CNT
的
Zeta
电位为负值，纳米硅的
Zeta
电位也为负值，根据静电相互作用，
CNT
和纳米硅之间会相互排斥
。CNT
与纳米硅很难实现均匀复合，进而很难得到
CNT
和纳米硅复合的锂离子电池均匀阳极
。
而且现有的锂离子阳极表面的活性物质具有容易脱落的问题，从而导致锂离子电池的电化学性能下降
。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，确有必要提供一种柔性纳米硅锂离子电池阳极，该柔性纳米硅锂离子电池阳极中的
CNT
和纳米硅复合均匀，且纳米硅不会发生团聚现象
。
[0006]一种锂离子电池阳极，包括：
[0007]一碳纳米管三维网络结构，该碳纳米管三维网络结构由多个碳纳米管相互缠绕形成，该碳纳米管三维网络结构的两个相对的表面分别定义为第一表面和第二表面；
[0008]多个包覆无定形碳的纳米硅颗粒，该多个包覆无定形碳的纳米硅颗粒分散在所述碳纳米管三维网络结构中，并粘附在碳纳米管三维网络结构中的碳纳米管的表面，该无定形碳由带正电的可碳化聚合物高温裂解得到；以及
[0009]两个碳纳米管功能层，该两个碳纳米管功能层分别铺设在所述第一表面和第二表面，使所述碳纳米管三维网络结构位于所述两个碳纳米管功能层之间，该碳纳米管功能层包括至少两层超顺排碳纳米管膜层叠交叉设置
。
[0010]一种锂离子电池阳极，包括：
[0011]一碳纳米管三维网络结构，该碳纳米管三维网络结构由多个碳纳米管相互缠绕形成；以及
[0012]多个包覆带正电可碳化聚合物的纳米硅颗粒，该多个包覆带正电可碳化聚合物的纳米硅颗粒分散在所述碳纳米管三维网络结构中，并粘附在碳纳米管三维网络结构中的碳
纳米管的表面
。
[0013]相较于现有技术，本专利技术提供的锂离子电池阳极中，纳米硅表面包覆带正电的可碳化聚合物，或者带正电的可碳化聚合物高温裂解得到的无定形碳，碳纳米管的
Zeta
电位为负，碳纳米管和带正电的可碳化聚合物是异质带电的，碳纳米管和带正电的可碳化聚合物改性的纳米硅可以通过各自的静电斥力“分散”，并通过相互的静电引力“锚定”。
因此，所述表面包覆带正电可碳化聚合物的纳米硅均匀分散于碳纳米管形成的三维网络状结构中，并能与碳纳米管很好的结合，当包覆带正电可碳化聚合物高温裂解之后形成的包覆无定形碳的纳米硅也能均匀分散于碳纳米管形成的三维网络状结构中，并能与碳纳米管很好的结合
。
该连续的三维网络状结构可以同时作为力学支撑骨架
、
以及电子和锂离子的传输网格
。
而且，碳纳米管三维网络状结构两个表面的碳纳米管功能层可有效减少活性材料从电极表面脱落，进而使锂离子电池实现更高的循环稳定性和倍率性能
。
附图说明
[0014]图1为本专利技术实施例提供的锂离子电池阳极的制备方法的流程图
。
[0015]图2为纳米硅和从碳纳米管之间的分散模拟图，以及表面包覆聚苯胺的纳米硅
(SiPA)
和碳纳米管之间的分散模拟图
。
[0016]图3为本专利技术实施例提供的为
CNT@Si
复合膜和
CNT@SiPA
复合膜制备过程的示意图
。
[0017]图4为本专利技术实施例提供的在复合膜的两个表面铺设碳纳米管功能层的示意图
。
[0018]图5为本专利技术实施例提供的制备方法得到的锂离子电池阳极的横切面的扫描电镜照片
。
[0019]图6为本专利技术实施例提供的
SiPA
0.01
、SiPA
0.005
和
SiPA
0.015
的热重分析 (TGA)
曲线
。
[0020]图7为本专利技术实施例提供的
CNT@Si、CNT@Si
‑
膜
、CNT@SiPAC
和 CNT@SiPAC
‑
膜阳极分别组装的纽扣电池的循环性能图
。
[0021]图8为采用实施例1‑3中的
CNT@SiPAC
0.01
‑
膜
、CNT@SiPAC
0.005
‑
膜和 CNT@SiPAC
0.015
‑
膜阳极得到的纽扣电池的循环性能图
。
[0022]图9为本专利技术实施例的在
CNT@SiPAC
‑
膜阳极中，
Si
的面积负载量分别为
1.19mg cm
‑2，
1.38mg cm
‑2，
1.72mg cm
‑2和
1.99mg cm
‑2时的电池的循环容量曲线
。
[0023]图
10
为本专利技术实施例中提供的
CNT@Si
，
CNT@Si
‑
膜，
CNT@SiPAC
，和
CNT@SiPAC
‑
膜阳极组成的电池的倍率性能曲线
。
[0024]图
11
为本专利技术实施例的提供的
SiPAC//Li
软包电池的循环性能图
。
[0025]图
12
为本专利技术实施例提供的
Si
浆料电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种锂离子电池阳极，其特征在于，包括：一碳纳米管三维网络结构，该碳纳米管三维网络结构由多个碳纳米管相互缠绕形成，该碳纳米管三维网络结构的两个相对的表面分别定义为第一表面和第二表面；多个包覆无定形碳的纳米硅颗粒，该多个包覆无定形碳的纳米硅颗粒分散在所述碳纳米管三维网络结构中，并粘附在碳纳米管三维网络结构中的碳纳米管的表面，该无定形碳由带正电的可碳化聚合物高温裂解得到；以及两个碳纳米管功能层，该两个碳纳米管功能层分别铺设在所述第一表面和第二表面，使所述碳纳米管三维网络结构位于所述两个碳纳米管功能层之间，该碳纳米管功能层包括至少两层超顺排碳纳米管膜层叠交叉设置
。2.
如权利要求1所述的锂离子电池阳极，其特征在于，所述至少两层超顺排碳纳米管膜中，相邻的超顺排碳纳米管膜中的碳纳米管垂直交叉
。3.
如权利要求1所述的锂离子电池阳极，其特征在于，所述纳米硅的质量负载为
1.2mg cm
‑2～
2mg cm
‑2。4.
一种锂离子电池阳极，其特征在于，包括：一碳纳米管三维网络结构，该碳纳米管三维网络结构由多个碳纳米管相互缠绕形成；以及多个包覆带正电可碳化聚合物的纳米硅颗粒，该多个包覆带正电可碳化聚合物的纳米硅颗粒分散在所述碳纳米管三维网络结构中，并粘附在碳纳米管三维网络结构中的碳纳米管的表面
...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪子昕，方振翰，王佳平，范守善，
申请(专利权)人：鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：