一种电池负极用复合材料及其制备方法技术

技术编号：40065922 阅读：7 留言：0更新日期：2024-01-16 23:25

本发明专利技术公开了一种电池负极用复合材料及其制备方法，涉及电池负极材料技术领域，该方法包括以下步骤：(1)将碱木质素和造孔剂加入去离子水中混匀，加入聚乙烯亚胺和环氧氯丙烷混匀，静置，得水凝胶；(2)将预处理硅纳米颗粒、无定形碳和水凝胶混合，加入水后超声分散，冷冻干燥，热处理，除去造孔剂，得硅碳复合材料；(3)将硅碳复合材料分散在甲醇溶液中，调节pH并加入硅烷偶联剂，分散在去离子水中，加入聚六亚甲基胍，水浴，过滤、洗涤和干燥，得电池负极用复合材料。本发明专利技术增强复合材料的循环性能和导电性能，有效解决了现有技术中循环性能不佳、导电性差以及成本高昂和充放电过程中的膨胀等问题。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池负极材料，具体涉及一种电池负极用复合材料及其制备方法。

技术介绍

1、锂离子电池具有能量密度高、无记忆效应、环境温度变化适应性强、电压平台高、使用寿命长、自放电率低等优点，从而在移动设备、电动汽车、储能等领域广泛应用。然而，传统锂离子电池中负极材料石墨由于低比容量而限制了电池能量密度的提升。

2、近年来硅碳复合技术的发展趋势是采用硅纳米线技术，但价格昂贵，也有采用非晶硅作为涂层改性石墨的涂层复合技术，但在批量生产中还存在一些问题需要解决。现有的负极材料还存在着循环性能不佳、导电性差以及成本高昂的问题，同时还在复合材料在充放电过程中膨胀的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种电池负极用复合材料及其制备方法，在制得的硅碳复合材料表面接枝聚六亚甲基胍，增强复合材料的循环性能和导电性能，有效解决了现有技术中循环性能不佳、导电性差以及成本高昂和充放电过程中的膨胀等问题。

2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种电池负极用复合材料的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)将碱木质素和造孔剂加入去离子水中混匀，然后加入聚乙烯亚胺和环氧氯丙烷混匀，静置3-8h，得水凝胶；

4、(2)将预处理硅纳米颗粒、无定形碳和步骤(1)所得水凝胶混合，加入水后超声分散，冷冻干燥，然后在180-230℃惰性气氛中热处理1-4h，再在800-900℃惰性气氛中热处理1-4h，除去造孔剂，得硅碳复合材料；</p>

5、(3)将步骤(2)所得硅碳复合材料分散在甲醇溶液中，然后调节ph至4-5并加入硅烷偶联剂搅拌1-5h，洗涤干燥后再分散在去离子水中，加入聚六亚甲基胍，在80-100℃温度下水浴2-5h，最后依次经过滤、洗涤和干燥，得电池负极用复合材料。

6、进一步，步骤(1)中，碱木质素、造孔剂、聚乙烯亚胺、环氧氯丙烷和去离子水质量体积比为12-14g：20-40g：4-6g：1-5g：120-160ml。

7、进一步，造孔剂为氯化钠。

8、进一步，步骤(2)中，预处理硅纳米颗粒通过以下方法制备得到：将硅纳米颗粒置于食人鱼溶液中在60-80℃温度下处理3-4h，洗涤过滤后置于蒸馏水中超声分散，然后加入硅烷粘结剂搅匀后干燥，得预处理硅纳米颗粒。

9、进一步，硅烷粘结剂3-氨基丙基三甲氧基硅烷。

10、进一步，硅材料和硅烷粘结剂质量体积比为20-40g：350-400ml。

11、进一步，步骤(2)中，预处理硅纳米颗粒、无定形碳和水凝胶质量比为1-4:1:1。

12、进一步，步骤(2)中，无定形碳为蔗糖。

13、进一步，硅碳复合材料孔隙率为40-70％。

14、进一步，步骤(3)中，硅碳复合材料、硅烷偶联剂和聚六亚甲基胍质量比为10-14:1-4:2-6。

15、进一步，步骤(3)中，硅烷偶联剂为kh560。

16、本专利技术还提供了电池负极用复合材料的制备方法制得的电池负极用复合材料。

17、还提供了该电池负极用复合材料在锂电池中的应用。

18、本专利技术具有以下有益效果：

19、1、本专利技术通过造孔剂在碱木质素和聚乙烯亚胺形成的水凝胶中造孔，再结合硅纳米颗粒以及无定形碳形成硅碳复合材料的过程中，保持较佳的孔隙率，能够一直充放电循环过程中性能的下降，使得负极材料保持较好的循环性能和导电性能。

20、2、而硅纳米颗粒在预处理过程中采用了硅烷偶联剂能够提高硅纳米颗粒与无定形碳等之间的粘结强度，在结合聚六亚甲基胍形成的聚合网络同样可以增强结构见的粘结强度，避免使用过程中出现颗粒脱落，使得复合材料始终保持较强的性能水平。

21、3、本专利技术采用碱木质素与聚乙烯亚胺的交联制得水凝胶，然后将含碳水凝胶与硅纳米颗粒和无定形碳用于制备硅碳复合材料，水凝胶中所含有的羧基与无定形碳上的羟基酯化反应实现两者的结合；而经过预处理的硅纳米颗粒其表面同样含有羧基，能够与无定形碳之间通过化学键结合，造孔剂在热处理过程中采用上述方法制得的硅碳复合材料具有一定的孔隙。那么，该多孔的硅碳复合材料能够为离子扩散提供路径，有利于电极材料和电解液的充分接触；同时，比表面积较大，介孔数量多，提升了电极材料的储能性能，具有较高的能量密度，以及较长的使用寿命，便于材料的实际运用。

22、4、硅碳复合材料在硅烷偶联剂反应后接枝聚六亚甲基胍，能够在复合材料表面形成聚合网络，限制复合材料在充放电过程中的膨胀问题；聚六亚甲基胍所带的正电荷还能对导电性能起到一定的改善作用。

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【技术保护点】

1.一种电池负极用复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的电池负极用复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碱木质素、造孔剂、聚乙烯亚胺、环氧氯丙烷和去离子水质量体积比为12-14g：20-40g：4-6g：1-5g：120-160mL。

3.如权利要求1所述的电池负极用复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述预处理硅纳米颗粒通过以下方法制备得到：将硅纳米颗粒置于食人鱼溶液中在60-80℃温度下处理3-4h，洗涤过滤后置于蒸馏水中超声分散，然后加入硅烷粘结剂搅匀后干燥，得预处理硅纳米颗粒。

4.如权利要求3所述的电池负极用复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅材料和硅烷粘结剂质量体积比为20-40g：350-400mL。

5.如权利要求1所述的电池负极用复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述预处理硅纳米颗粒、无定形碳和水凝胶质量比为1-4:1:1。

6.如权利要求1所述的电池负极用复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述无定形碳为蔗糖。

8.如权利要求1所述的电池负极用复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，硅烷偶联剂为KH560。

9.权利要求1-8任一项所述的电池负极用复合材料的制备方法制得的电池负极用复合材料。

10.权利要求9所述的电池负极用复合材料在锂电池中的应用。

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【技术特征摘要】

1.一种电池负极用复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的电池负极用复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碱木质素、造孔剂、聚乙烯亚胺、环氧氯丙烷和去离子水质量体积比为12-14g：20-40g：4-6g：1-5g：120-160ml。

4.如权利要求3所述的电池负极用复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅材料和硅烷粘结剂质量体积比为20-40g：350-400ml。

【专利技术属性】
技术研发人员：王可岗，
申请(专利权)人：易事特智能化系统集成有限公司，
类型：发明
国别省市：

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