【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池材料领域，具体涉及一种多孔硅碳复合负极材料及其制备方法。
技术介绍
1、随着电动汽车、储能系统等需求的不断增加，锂离子电池作为一种高能量密度、长寿命、环保的储能装置，得到了广泛应用。其中，负极材料作为电池的重要组成部分，其性能直接关系到电池的储能性能和循环稳定性。目前，锂动力电池的负极材料主要由碳材料组成，但是其储锂容量较低，不能满足日益增长的储能需求。硅材料具有高储锂容量，但是在锂离子嵌入嵌出过程中会发生体积膨胀，导致电池储锂容量降低、循环性能下降。因此，研发一种能够兼顾储锂容量和循环稳定性的负极材料具有重要意义。
2、cn 111769256a公开了一种类夹心棒硅碳负极材料及其制备方法，该硅碳负极材料形状类似夹心棒，从内至外由碳纳米管层、硅层、聚多巴胺碳层、石墨烯层组成，该类夹心棒硅碳负极材料可有效抑制sei膜的过度生长，提高库伦效率，同时可显著提高材料的导电性，改善硅负极材料的体积膨胀以及防止硅层暴露在电解液中而被粉化，提高锂离子电池的循环性能及能量密度。
3、cn 108598413 a公开了硅基负极活性材料的制备方法及硅基负极活性材料、锂离子电池负极材料和锂离子电池。制备方法包括在纳米硅外包覆二氧化硅层的过程加入高分子保护剂，并在二氧化硅层外包覆氧化石墨烯层，最后通过氢氟酸刻蚀，得到以纳米硅为核，从内至外依次包覆有二氧化硅层和石墨烯层的si/void/sio2/void/graphene复合材料，缓解了现有通过单一硅纳米化或碳包覆以及制备多孔结构等方法很难获得硅基负极活性材料性
4、cn 108933259a公开了一种锂离子电池负极材料的制备工艺。制备氧化石墨烯、zns/c复合材料、细粉和前基体；将前基体、石墨导电剂、pvdf取出并混合均匀，加热搅拌；然后加入n-甲基吡咯烷酮搅拌均匀，使得混合的材料呈粘稠状浆体；然后将浆体涂抹在铜箔上，铜箔和浆体间隔分布，获得中间基体；将中间基体放入模压机中，通过压力模压成型；裁切后烘干得成品。
5、现有技术的解决方案：为了提高锂离子电池的储能性能和循环稳定性，许多研究者都尝试了不同的解决方案。目前已有的一些解决方案包括：①硅纳米颗粒封装；②氧化硅复合材料；③硅碳复合材料。其中，硅碳复合材料是一种比较常见的方案，通过将碳材料与硅材料复合，可以同时兼顾储锂容量和循环稳定性。现有技术问题：然而，现有的硅碳复合材料仍然存在一些问题。首先，由于硅的体积膨胀，硅颗粒在充放电过程中容易出现结构松散、剥离等问题，导致循环性能下降；其次，硅材料的导电性较差，会限制电池的放电性能；此外，现有的硅碳复合材料的制备过程复杂，成本较高，不利于大规模生产。因此，需要研究一种新型的硅碳复合负极材料，能够克服以上问题，提高锂离子电池的储能性能和循环稳定性。
技术实现思路
1、现有技术中存在的技术问题是1、硅材料在锂离子嵌入嵌出过程中体积膨胀引起的循环性能下降问题；2、硅材料的导电性差限制电池放电性能问题；3、现有硅碳复合材料制备过程复杂、成本高的问题。
2、为了解决上述存在的技术问题，本申请提供如下技术方案：
3、本专利技术提供一种多孔硅碳复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：
4、s11：将溶液a、溶液b和偶联剂混合，50-80℃加热反应，得到粘稠的混合溶液；
5、所述溶液a由siox颗粒加入氧化石墨烯水溶液，混合得到；其中，x＝0.8-1.3；
6、所述溶液b由碳纳米管加入高质子化溶液，混合得到；所述高质子化溶液由含有酸的壳聚糖水溶液调节zeta电位至+15～+80mv得到；
7、s12：将所述粘稠的混合溶液在0-5℃环境中保存12-48h后于水中浸泡12h，浸泡三次，得到凝胶；
8、s13：将所述凝胶于-15℃预冷12-24h，置入液氮环境中速冻处理后，放入冷冻干燥机中进行冷冻干燥处理24-72h，得到自支撑的三维多孔复合气凝胶；
9、s14：于惰性气氛下，将所述自支撑的三维多孔复合气凝胶于800-1000℃热处理1-3h，得到多孔硅碳复合负极材料。
10、优选的，所述步骤s11中，siox颗粒由硅和sio2颗粒混合球磨得到，粒径为0.1-2μm。
11、优选的，所述步骤s11中，混合的方法为向溶液b中搅拌并加入溶液a至混合液的ph为6-8，搅拌时加入偶联剂，得到粘稠的混合溶液。
12、优选的，所述溶液a中，siox的质量分数为0.01-2％，siox颗粒与氧化石墨烯质量比为1：0.01-5。
13、优选的，所述含有酸的壳聚糖水溶液中，壳聚糖的脱乙酰度为75-99％，粘度为100-500mpa.s，质量分数为2-10％。
14、优选的，所述溶液b中，碳纳米管和壳聚糖的质量比为1：0.02-5。
15、优选的，所述偶联剂选自聚乙二醇、甲醛、环氧丙烷和环氧氯丙烷中的一种或几种；所述偶联剂与溶液b中壳聚糖的质量比为1：1-5。
16、优选的，所述步骤s11中，加热反应后超声处理0-120min。
17、优选的，所述步骤s11中，含有酸的壳聚糖水溶液中的酸为盐酸、甲酸、醋酸、柠檬酸或乙酸。
18、优选的，所述步骤s14中，惰性气氛为氩气。
19、本专利技术还提供一种上述制备方法制备得到的多孔硅碳复合负极材料。
20、本专利技术还提供一种上述制备方法制备得到的多孔硅碳复合负极材料。
21、本专利技术通过通过设计siox碳纳米管、石墨烯形成的锚定结构与多孔碳气凝胶的多重嵌套复合结构，本专利技术能够提高材料的导电性能、储锂容量和循环稳定性，具有较高的应用价值。
22、本专利技术的技术方案相比现有技术具有以下优点：
23、1、提高了锂离子电池负极材料的储锂容量和循环稳定性：通过静电吸附效应设计siox碳纳米管、石墨烯形成的锚定结构与多孔碳气凝胶的多重嵌套复合结构，形成了硅碳负极材料，具有高储锂容量和循环稳定性，可以满足日益增长的储能需求。
24、2、提高了材料的导电性能：通过碳气凝胶多孔骨架的贯穿整个结构，提高了材料的导电性能，从而可以提高电池的放电性能。
25、3、降低了制备成本：利用静电吸附作用中壳聚糖形成碳气凝胶，通过超临界干燥和高温热解法获得硅碳负极材料，制备过程简单，成本较低，有利于大规模生产。
26、相比现有技术，本专利技术的优越性在于，通过碳气凝胶的多重嵌套复合结构和siox碳纳米管、石墨烯形成的锚定结构，兼顾了硅材料的高储锂容量和碳材料的循环稳定性，同时提高了材料的导电性能，制备成本也较低。因此，本专利技术的硅碳复合负极材料具有更好的应用前景。
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1.一种多孔硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S11中，SiOx颗粒由硅和SiO2颗粒混合球磨得到，粒径为0.1-2μm。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S11中，混合的方法为，不断搅拌溶液B，并向其中加入溶液A至混合液的pH为6-8，搅拌时加入偶联剂，得到混合溶液。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶液A中，SiOx的质量分数为0.01-2％，SiOx颗粒与氧化石墨烯质量比为1：0.01-5。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含有酸的壳聚糖水溶液中，壳聚糖的脱乙酰度为75-99％，粘度为100-500mpa.s，质量分数为2-10％。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶液B中，碳纳米管和壳聚糖的质量比为1：0.02-5。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述偶联剂选自聚乙二醇、甲醛、环氧丙烷和环氧氯丙烷中的一种或几种；所述偶联剂与溶液B中壳聚糖的质量比为
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S11中，含有酸的壳聚糖水溶液中的酸为盐酸、甲酸、醋酸、柠檬酸或乙酸。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S13中，干燥的温度为80-150℃。
10.一种权利要求1-9中任一项所述制备方法制备得到的多孔硅碳复合负极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种多孔硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s11中，siox颗粒由硅和sio2颗粒混合球磨得到，粒径为0.1-2μm。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s11中，混合的方法为，不断搅拌溶液b，并向其中加入溶液a至混合液的ph为6-8，搅拌时加入偶联剂，得到混合溶液。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶液a中，siox的质量分数为0.01-2％，siox颗粒与氧化石墨烯质量比为1：0.01-5。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含有酸的壳聚糖水溶液中，壳聚糖的脱乙酰度为75-99％，粘度...
【专利技术属性】
技术研发人员：张鑫扬，左青卉，江晨语，毕祝晔，申子婧，杨烁，孙晨昕，李浩宇，闫旭，王旖旎，
申请(专利权)人：苏州城市学院，
类型：发明
国别省市：
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