【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池，尤其涉及一种纳米多孔硅/碳干法电极膜、锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
1、硅被认为是下一代锂离子电池负极材料中最有前途的，因为它在所有已知的替代负极材料中具有最高的理论容量。由于其较高的理论比容量（li4.4si，4200mahg-1）和较低的放电电位，近年来得到了广泛的研究。然而，在循环过程中，由于体积变化大（高达300%），硅负极受到自身内应力的影响，容量迅速衰减，同时伴随着电接触损失、新暴露的硅表面上过度形成固态电解质界面（sei），甚至硅活性材料从集流体上分离。
2、基于上述问题亟需开发新材料及新技术，硅本身有较高的较高的理论比容量，但是由于自身产气及循环膨胀问题，限制了其大规模的应用。干法电极，近年来被广泛研究，其在聚四氟乙烯原纤化的作用下，较湿法电极可以实现更加平整的形貌。由于湿法需要溶剂，在溶剂蒸发后，活性物质与导电剂之间会留出更多空隙，空隙导致材料的压实密度不高。干法不存在烘干过程，因此不存在溶剂蒸发后留下的空隙，颗粒之间的接触更为紧密。将干法电极与硅材料结合，为电极提供较大的能量密度，更适应未来发展趋势。对于硅材料的膨胀问题，使用干法电极可以使粘结剂更好的束缚硅膨胀。
3、申请号为cn202310519191.1一种高循环干法电极膜、电池极片、制备方法及锂电池的所示，通过引入硅氧烷添加剂，在活性材料的表面形成保护层，可以有效保护电极膜的活性材料原始形貌特征，同时双粘结剂与硅氧烷之间的交联反应可以防止纤维化后的双粘结剂再次收缩缠绕，提高电极膜拉伸强度和柔韧性，
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中的不足之处，提供了一种纳米多孔硅/碳干法电极膜、锂离子电池及其制备方法，来解决电极极片粘结性差，极片掉粉，离子导电率低的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种纳米多孔硅/碳干法电极膜，季戊四醇-聚四氟乙烯-丙烯腈聚合物粘结剂质量占干法电极膜的5-20%，羧甲基纤维素干粉质量占干法电极膜的2-18%，纳米多孔硅/碳质量占干法电极膜的10-30%，硬碳质量占干法电极膜的40-80%；
4、其中季戊四醇-聚四氟乙烯-丙烯腈聚合物粘结剂由季戊四醇和丙烯腈改性制得，其中聚四氟乙烯质量占季戊四醇-聚四氟乙烯-丙烯腈聚合物粘结剂的质量分数为x,x为60～98% ，季戊四醇质量占季戊四醇-聚四氟乙烯-丙烯腈聚合物粘结剂的质量分数为y,y为1%～20%，丙烯腈质量占季戊四醇-聚四氟乙烯-丙烯腈聚合物粘结剂的质量分数为z，z为1%～20%，并同时满足x/4≥y+z。
5、优选地，纳米多孔硅/碳的孔隙率为10%～30%。
6、进一步优选，纳米多孔硅/碳的孔隙率为20%～30%。
7、优选地，硬碳质量占干法电极膜的60～80%。
8、优选地，聚四氟乙烯质量分数x为60～85% ，季戊四醇质量分数y为1～20%，丙烯腈质量分数z为1～20%。
9、纳米多孔硅/碳干法电极膜的制备方法，包括以下制备步骤：
10、1）通过熔融甩带法制备出镍硅合金，再用0.8～3mol/l盐酸溶液加热，得到纳米多孔硅,之后将纳米多孔硅放入管式炉中碳化，得到纳米多孔硅/碳，将纳米多孔硅/碳与硬碳直接掺混，即得到负极材料；
11、2）聚四氟乙烯采用季戊四醇和丙烯腈改性，得到季戊四醇-聚四氟乙烯-丙烯腈聚合物粘结剂；
12、3）季戊四醇-聚四氟乙烯-丙烯腈聚合物粘结剂先在搅拌罐进行剪切将其原纤化，搅拌之后加入羧甲基纤维素干粉将二者混合搅拌，二者混合均匀后,将负极材料与之混合搅拌，搅拌完成即得负极浆料，之后进行连续热压制膜，得到纳米多孔硅/碳干法电极膜。
13、优选地，盐酸溶液浓度为0.8～2.5mol/l。
14、优选地，聚四氟乙烯采用季戊四醇和丙烯腈改性的制备步骤：
15、1）原料四氟乙烯、季戊四醇和丙烯腈和功能性单体，溶于二甲苯溶液中，使用150～300 r/min磁力搅拌，配制成均匀溶液；
16、2）将n-羟基琥珀酰亚胺溶解于去离子水中，溶解完全，并加入步骤1）中获得的混合溶液中，水浴加热，得到下方有沉淀物的溶液；
17、3）将步骤2）中得到的溶液过滤，过滤出的沉淀物即为聚合物粘结剂，然后置于冰箱冷冻层中冷冻至凝固后，放入冷冻干燥机中真空冷冻干燥，即得到季戊四醇-聚四氟乙烯-丙烯腈聚合物粘结剂。
18、聚四氟乙烯通过季戊四醇和丙烯腈改性，增加极片的粘结力。
19、一种锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
20、1）预先配制含有锂盐的非水溶剂,然后将热引发剂、凝胶因子、聚合物单体、硅烷偶联剂加入并搅拌均匀，得到凝胶聚合物电解质；
21、2）用纳米多孔硅/碳干法电极膜，制成极片，注入步骤1）中的凝胶聚合物电解质，温度为80～100℃引发,静置30～100min，引发凝胶电解质反应，温度为35～80℃聚合,静置6～50h，使凝胶电解质聚合，之后经过化成、封装、分容、高温老化等工序，得到锂离子电池。
22、优选地，凝胶聚合电解质各组成成份的质量百分比含量为:凝胶因子:0.1～8%,聚合物单体:0.2～15%,硅烷偶联剂:0.2～7%,热引发剂:0.2～5%,包含有锂盐的非水溶剂:80～98%，包含有锂盐的非水溶剂中锂盐的浓度为0.2m～2m，主盐与辅盐的摩尔质量比为1.5～5。
23、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
24、采用脱合金法制备的负极材料硅具有纳米多孔结构，多孔结构可以缩短锂离子传输的路径，同时通过季戊四醇和丙烯腈对聚四氟乙烯改性，增加极片的粘结力，最后搭配凝胶电解质制作锂离子电池，提高电池固态电池性能，进一步提高离子导电率，制造成本更低，电池安全性能和循环性能大幅提升。
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1.一种纳米多孔硅/碳干法电极膜，其特征在于，季戊四醇-聚四氟乙烯-丙烯腈聚合物粘结剂（PTFEs）质量占干法电极膜的5-20%，羧甲基纤维素（CMC）干粉质量占干法电极膜的2-18%，纳米多孔硅/碳（np-Si/C）质量占干法电极膜的10-30%，硬碳质量占干法电极膜的40-80%；
2.根据权利要求1所述的纳米多孔硅/碳干法电极膜，其特征在于，所述纳米多孔硅/碳的孔隙率为10%～30%。
3.根据权利要求1所述的纳米多孔硅/碳干法电极膜，其特征在于，所述纳米多孔硅/碳的孔隙率为20%～30%。
4.根据权利要求1所述的纳米多孔硅/碳干法电极膜，其特征在于，所述硬碳质量占干法电极膜的60～80%。
5.根据权利要求1所述的纳米多孔硅/碳干法电极膜，其特征在于，所述聚四氟乙烯质量分数x为60～85%，季戊四醇质量分数y为1～20%，丙烯腈质量分数z为1～20%。
6.一种权利要求1-5之一项所述的纳米多孔硅/碳干法电极膜的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
7.根据权利要求7所述的纳米多孔硅/碳干法电极
8.根据权利要求7所述的纳米多孔硅/碳干法电极膜的制备方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯（PTFE）采用季戊四醇和丙烯腈改性的制备步骤：
9.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1-5所述的纳米多孔硅/碳干法电极膜。
10.一种锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
11.根据权利要求10所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述的凝胶聚合电解质各组成成份的质量百分比含量为:凝胶因子:0.1～8%,聚合物单体:0.2～15%,硅烷偶联剂:0.2～7%,热引发剂:0.2～5%,包含有锂盐的非水溶剂:80～98%，包含有锂盐的非水溶剂中锂盐的浓度为0.2M～2M，主盐与辅盐的摩尔质量比为1.5～5。
...【技术特征摘要】
1.一种纳米多孔硅/碳干法电极膜，其特征在于，季戊四醇-聚四氟乙烯-丙烯腈聚合物粘结剂（ptfes）质量占干法电极膜的5-20%，羧甲基纤维素（cmc）干粉质量占干法电极膜的2-18%，纳米多孔硅/碳（np-si/c）质量占干法电极膜的10-30%，硬碳质量占干法电极膜的40-80%；
2.根据权利要求1所述的纳米多孔硅/碳干法电极膜，其特征在于，所述纳米多孔硅/碳的孔隙率为10%～30%。
3.根据权利要求1所述的纳米多孔硅/碳干法电极膜，其特征在于，所述纳米多孔硅/碳的孔隙率为20%～30%。
4.根据权利要求1所述的纳米多孔硅/碳干法电极膜，其特征在于，所述硬碳质量占干法电极膜的60～80%。
5.根据权利要求1所述的纳米多孔硅/碳干法电极膜，其特征在于，所述聚四氟乙烯质量分数x为60～85%，季戊四醇质量分数y为1～20%，丙烯腈质量分数z为1～20%。
6.一种权利要求1-5之一项所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴秋丽，张凯，项海标，
申请(专利权)人：浙江锂威能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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