【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池，具体而言，涉及一种硅负极材料及其制备方法、锂离子电池。
技术介绍
1、随着便携式电子设备和新能源汽车的快速发展，使得锂离子电池(libs)产生了巨大的市场需求。相比于其它已经商业化的二次电池体系，libs具有更高的能量、功率密度以及更长的循环寿命。目前，商用libs的负极材料以石墨为主，而石墨负极的实际容量已经接近于其理论比容量上限(372mah·g-1)。
2、硅在地壳中储量丰富，且具有非常高的理论比容量(室温下为3579mah·g-1)，被认为目前最有可能取代石墨成为下一代锂离子电池的负极材料。然而，硅负极材料在循环过程中会引起极大的体积变化(高达300％)，从而导致电极表面的硅材料粉化而从集流体上脱落，使得活性物质相互之间、活性物质与集流体之间失去电接触，并且还会不断形成新的固体电解质膜(sei)，最终导致库伦效率降低，容量快速衰减，电化学性能下降。
3、现有硅负极制备技术中，常使用碳材料包覆来提升其导电性和结构稳定性。虽然碳材料包覆能够提升硅负极颗粒的导电性，并增强硅负极在循环过程中的结构稳定性，但是在制备得到极片中，硅负极颗粒之间仅通过点对点接触，不利于储锂反应过程中电子的快速传导，导致电池的电化学性能不佳。而为了减轻极片的体积膨胀，通常将硅负极与石墨负极复配使用，同时，为了提高硅负极颗粒之间的导电性，会在匀浆过程中加入适量的碳纳米管(cnts)，以构建三维导电网络结构。然而，在匀浆的工艺过程中加入cnts，会导致cnts不可避免地分散到石墨颗粒的表面，但是石墨自身的导电性优
技术实现思路
1、本专利技术解决的问题是如何提供一种提高cnts使用效率的硅负极材料制备方法，以提升硅负极材料的综合电化学性能。
2、为解决上述问题，本专利技术提供一种硅负极材料的制备方法，包括以下步骤：
3、步骤s1、将硅颗粒加入碳纳米管分散液中，混合后得到第一混合液；
4、步骤s2、将聚丙烯腈溶液加入所述第一混合液中，混合后得到第二混合液；
5、步骤s3、将所述第二混合液进行喷雾干燥，得到复合颗粒；
6、步骤s4、在惰性气氛中对所述复合颗粒进行热处理，使所述聚丙烯腈转化为环化聚丙烯腈，得到硅负极材料。
7、优选地，所述步骤s1中，所述碳纳米管分散液包括碳纳米管和分散介质，所述硅颗粒与所述碳纳米管的质量比为99.9:1-99:1。
8、优选地，所述步骤s1中，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，和/或，所述碳纳米管分散液中所述碳纳米管的浓度为0.1-0.4wt％。
9、优选地，所述硅颗粒的粒径d50为0.3-0.8μm。
10、优选地，所述步骤s2中，所述聚丙烯腈溶液包括聚丙烯腈和溶剂，所述聚丙烯腈和所述硅颗粒的质量比为1:9-3:97。
11、优选地，在所述步骤s2之后，在所述步骤s3之前，还包括：
12、将所述第二混合液的粘度调节至100-150cp，得到混合浆料；
13、所述步骤s3包括：
14、将所述混合浆料进行喷雾干燥，得到所述复合颗粒。
15、优选地，所述步骤s3中，采用氮气闭式循环喷雾干燥机对所述第二混合液进行喷雾干燥，进风温度为200-400℃，进料速度为1-5l/h。
16、优选地，所述步骤s4中，热处理温度为300-400℃，热处理时间为8-12h，升温速率为1-5℃/min。
17、本专利技术通过液相包覆方式，将硅颗粒、碳纳米管分散液和聚丙烯腈溶液混合，经过喷雾干燥后形成同时包含硅颗粒、碳纳米管和聚丙烯腈的复合颗粒，再经过热处理使聚丙烯腈转变为环化聚丙烯腈，环化聚丙烯腈具有良好的柔性，不仅能够作为包覆材料，同时也能作为粘结剂将碳纳米管较为均匀地分布在硅颗粒表面，制备工艺简单，并不需要在匀浆过程中加入碳纳米管，避免了碳纳米管分散到石墨表面，影响碳纳米管使用效率的问题，降低了碳纳米管的材料成本。通过将碳纳米管固定在硅颗粒表面，能够使硅颗粒之间形成三维导电网络，提升电子传导效率，从而有利于硅负极材料的容量发挥，环化聚丙烯腈保持了聚合物的柔性，碳纳米管具有较高的长径比，由碳纳米管组装成的三维网络结构具有较好的柔性，从而防止硅负极材料在工作过程中产生新的活性界面，有效地增强硅负极材料的循环稳定性。
18、本专利技术还提供了一种硅负极材料，采用如上所述的硅负极材料的制备方法制得，所述硅负极材料包括硅颗粒、环化聚丙烯腈和碳纳米管；
19、所述环化聚丙烯腈包覆所述硅颗粒和所述碳纳米管，所述碳纳米管附着在所述硅颗粒表面，且所述碳纳米管在多个所述硅颗粒之间形成三维导电网络。
20、本专利技术提供的硅负极材料相对于现有技术的有益效果，与硅负极材料的制备方法相同，在此不再赘述。
21、本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括如上所述的硅负极材料。
22、本专利技术提供的锂离子电池相对于现有技术的有益效果，与硅负极材料的制备方法相同，在此不再赘述。
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1.一种硅负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述碳纳米管分散液包括碳纳米管和分散介质，所述硅颗粒与所述碳纳米管的质量比为99.9:1-99:1。
3.根据权利要求2所述的硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，和/或，所述碳纳米管分散液中所述碳纳米管的浓度为0.1-0.4wt％。
4.根据权利要求1所述的硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述硅颗粒的粒径D50为0.3-0.8μm。
5.根据权利要求1所述的硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述聚丙烯腈溶液包括聚丙烯腈和溶剂，所述聚丙烯腈和所述硅颗粒的质量比为1:9-3:97。
6.根据权利要求1所述的硅负极材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2之后，在所述步骤S3之前，还包括：
7.根据权利要求1所述的硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，采用氮气闭式循环喷雾干燥机对所述第二混合液进行喷
8.根据权利要求1所述的硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，热处理温度为300-400℃，热处理时间为8-12h，升温速率为1-5℃/min。
9.一种硅负极材料，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的硅负极材料的制备方法制得，所述硅负极材料包括硅颗粒、环化聚丙烯腈和碳纳米管；
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括如权利要求9所述的硅负极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种硅负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述碳纳米管分散液包括碳纳米管和分散介质，所述硅颗粒与所述碳纳米管的质量比为99.9:1-99:1。
3.根据权利要求2所述的硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，和/或，所述碳纳米管分散液中所述碳纳米管的浓度为0.1-0.4wt％。
4.根据权利要求1所述的硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述硅颗粒的粒径d50为0.3-0.8μm。
5.根据权利要求1所述的硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述聚丙烯腈溶液包括聚丙烯腈和溶剂，所述聚丙烯腈和所述硅颗粒的质量比为1:9-3...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵陈煜，陈春辉，门方，金则兵，潘裕，张莹，田志松，王鹏，刘文强，赵福成，
申请(专利权)人：浙江吉利控股集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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