【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及负极材料，具体而言，涉及一种硅碳复合气凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着用户对于电动汽车续航里程需求的日益增长，缓解里程焦虑，高比能量的动力电池技术逐渐成为市场发展的主流趋势。硅基负极材料理论比容量高达4200mah/g，且具有良好的化学稳定性和电化学性能，对于提高电池容量，延长车辆续航里程具有很高的应用价值。然而硅负极在循环过程中体积膨胀较大，易造成不可逆的容量损失。碳材料因其体积变化率小、循环性能良好，与硅复合制备的硅碳复合材料，可以一定程度上缓解硅颗粒的体积膨胀。而硅碳复合气凝胶材料作为一种新型高分子材料，具有优异的导电率、比表面积、隔热性能、高强度、高韧性和轻质等优势，与低导电率的聚合物气凝胶相比，在超级电容器、电池和传感器方面具有巨大的应用潜力。
2、我国专利cn202011498724.5公开了一种基于导电碳气凝胶复合纳米硅负极材料的制备方法；（1）将预处理后的废弃生物质与纤维添加剂共同溶于碱性物质的水溶液中,经搅拌后得到网状固态凝胶；（2）将网状固态凝胶进行干燥处理,再经筛分后得到碳气凝胶前体；（3）以气态的硅源和碳气凝胶前体为原料,经化学气相沉积工艺后制备得到碳气凝胶和纳米硅的复合物；（4）将碳气凝胶和纳米硅的复合物与碳源共混，经加热炭化后得到基于导电碳气凝胶复合纳米硅负极材料；该专利技术以废弃生物质为原料，成本低廉，制备得到的负极材料强度高,导电性好，组装得到的电池具有较高的首效。
3、我国专利cn202010650619.2公开了一种固态锂电池二氧化硅气凝胶框架
4、我国专利cn202110404630.5公开了一种用于锂离子电池的海藻酸钠基双网络炭气凝胶负极材料制备方法；该方法先采用溶胶-凝胶法将一定量的海藻酸钠粉和琼脂粉制备成前驱体水凝胶；再将mn(no3)2溶液、zncl2颗粒按一定比例配置成混合溶液，将前驱体水凝胶浸没于此混合溶液中6~9小时得到双网络水凝胶；随后将制得的水凝胶用去离子水多次洗涤后进行冷冻干燥，得到蓬松的双网络气凝胶；最后在惰性气体保护下经高温炭化得到海藻酸钠基双网络炭气凝胶负极材料；该专利技术操作方法简便易行，所用原料成本较低、来源广泛，所制备的材料用于锂离子电池负极时机械性能、导电性和充放电过程中的稳定性较好，同时能够保持孔结构，具有较优异的电化学性能。
5、除了上述现有技术外，还存在大量硅碳复合电极材料；当前的硅碳复合材料分为包覆型、嵌入型、分子接触型等多种方式。但是，普遍存在有硅膨胀收缩时界面接触不良、石墨本身的孔穴结构限制硅复合比等技术缺陷仍待解决。
6、有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的第一目的在于提供一种硅碳复合气凝胶，所述的硅碳复合气凝胶通过化学气相沉积的方法将硅颗粒沉积在碳纤维聚合物气凝胶的孔隙中，用于解决硅碳复合材料所存在的硅膨胀收缩时界面接触不良、碳的孔穴结构限制硅复合比例等技术缺陷。
2、本专利技术的第二目的在于提供一种所述的硅碳复合气凝胶的制备方法，该方法简单易行、成本低廉、适合批量化生产。
3、本专利技术的第三目的在于提供一种电池负极，通过将所述硅碳复合气凝胶与集流体进行复合制得；具有广泛的适配性，可与任何正极、隔膜或电解液进行搭配。
4、本专利技术的第四目的在于提供一种电池，其负极为硅碳复合材料且能够克服硅体积变化而导致的电性能波动，且具有硅负载量高的同时导电性强、负极比容量高等优势。
5、为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
6、一种硅碳复合气凝胶，包括碳纤维聚合物气凝胶，以及分散于所述碳纤维聚合物气凝胶中的硅颗粒；
7、其中，所述硅颗粒是通过化学气相沉积法沉积至所述碳纤维聚合物气凝胶的孔隙内。
8、所述的硅碳复合气凝胶的制备方法，包括如下的步骤：
9、将碳纤维聚合物气凝胶置于化学气相沉积炉中，设置保护气体氛围，而后升温至300℃~400℃，通入硅源气体并恒温沉积，待沉积后得到硅碳复合气凝胶。
10、一种电池负极，包括所述的硅碳复合气凝胶。
11、一种电池，包括所述的电池负极。
12、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
13、（1）本专利技术通过化学气相沉积技术将硅颗粒均匀分布在气凝胶网络结构中，结合制备工艺中的冻干制得的碳纤维聚合物气凝胶，可增大复合材料的比表面积，提高硅嵌入率；其中聚合物分子链提供的弹性可以有效缓解硅体系膨胀造成的结构破坏，提高电池的循环性能；碳网络形成良好的电子传输通道，提高材料导电性。
14、（2）本专利技术制备的碳纤维聚合物气凝胶网络为基体，可以用于电池负极材料；通过选取气凝胶原料中特定种类的碳纤维、导电聚合物和黏接剂，能够维持整个凝胶体系的作用力均为物理吸附，且填料硅与聚合物均在水中具有良好分散性，冻干后聚合物分子链彼此交联缠结，使得本专利技术仅以水做溶剂便可制备牢固的凝胶网络。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种硅碳复合气凝胶，其特征在于，所述硅碳复合气凝胶包括碳纤维聚合物气凝胶，以及分散于所述碳纤维聚合物气凝胶中的硅颗粒；
2.根据权利要求1所述的硅碳复合气凝胶，其特征在于，所述碳纤维聚合物气凝胶是包括碳纤维、导电聚合物和黏接剂制备得到。
3.根据权利要求2所述的硅碳复合气凝胶，其特征在于，所述碳纤维聚合物气凝胶包括按重量份数计的如下组分制备得到：
4.根据权利要求2所述的硅碳复合气凝胶，其特征在于，所述碳纤维聚合物气凝胶的原料组分包括如下特征（a）~（d）中的至少一种：
5.如权利要求1~4任一项所述的硅碳复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下的步骤：
6.根据权利要求5所述的硅碳复合气凝胶的制备方法，其特征在于，将碳纤维聚合物气凝胶置于化学气相沉积炉后，先抽真空至-80kPa~-120kPa，而后通入保护气体，并以3℃/min~8℃/min的程序升温至300℃~400℃；
7.根据权利要求5所述的硅碳复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述碳纤维聚合物气凝胶的制备方法包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种硅碳复合气凝胶，其特征在于，所述硅碳复合气凝胶包括碳纤维聚合物气凝胶，以及分散于所述碳纤维聚合物气凝胶中的硅颗粒；
2.根据权利要求1所述的硅碳复合气凝胶，其特征在于，所述碳纤维聚合物气凝胶是包括碳纤维、导电聚合物和黏接剂制备得到。
3.根据权利要求2所述的硅碳复合气凝胶，其特征在于，所述碳纤维聚合物气凝胶包括按重量份数计的如下组分制备得到：
4.根据权利要求2所述的硅碳复合气凝胶，其特征在于，所述碳纤维聚合物气凝胶的原料组分包括如下特征（a）~（d）中的至少一种：
5.如权利要求1~4任一项所述的硅碳复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下的步骤：
6.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：张笑鸣，高天一，胡景博，孙伟航，姜涛，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。