【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池材料领域，具体涉及一种微米尺度硅碳复合负极材料的制备及锂离子电池应用。
技术介绍
1、锂离子电池(libs)因其高电压、无记忆效应、循环寿命长以及环境友好性得到了广泛应用。传统的石墨负极虽然稳定性好，但基于其插层储锂机制导致理论比容量较低(372mah/g)，逐渐不能满足人们对高能量密度储能装置的需求。硅(si)负极具有高理论比容量(约为石墨负极的10倍)、较低的工作电压平台、丰富的储量和高安全性，促使它成为最具前景的下一代高能量密度libs负极材料。但是，硅在合金化过程中产生了巨大的体积膨胀、会导致颗粒表面开裂、破碎、粉化。除此之外，不断动态变化的电极-电解质界面会导致首次充放电过程中固体电解质界面膜(sei)的破坏和不可控的生长，最终导致电极粉化、可逆容量迅速衰减。
2、研究表明，将si颗粒进行纳米化处理可有效缓解充放电过程中si颗粒巨大体积膨胀带来的应力，提高电极的稳定性和循环寿命。然而纳米化处理后会带来新的问题，如纳米尺寸造成比表面积大，副反应比较严重；压实密度低，很难实现电池的高能量密度；且纳米级材料的制备成本高、混料难度也加大。与纳米尺度si材料相比，微米级si材料(simp)具备更高的振实密度、较低的比表面积、较少的副反应、相同质量负载条件下能达到较高的体积能量密度和面积能量密度，能较好适应产业化需求。近几年simp材料的发展和应用得到了较多的关注。但是与纳米si相比，simps的体积效应更严重，从而导致容衰减极快。因此，从便捷、可扩展、安全、可持续的技术角度构建高稳定的simp
3、目前，对于微米硅电极的研究还处于初级阶段，相关的论文和专利不多。申请号为202010052236.5的专利公开了一种具有长循环寿命微米硅碳复合负极材料的制备方法，通过化学气相沉淀法得到碳包覆微米硅颗粒，然后用碱溶液进行化学刻蚀洗涤干燥，然后将其与氧化石墨烯超声分散于混合溶剂进行水热反应，最后将得到的水凝胶进行水分脱除，得到致密的石墨烯-碳硅复合宏观体；其既能有效缓冲内部微米级硅颗粒的膨胀，又能承受外部压实过程的压力。但该制备方法操作步骤多且繁琐，功耗大，电池首圈比容量并不高。申请号为202211720054.6的专利公开了一种微米硅负极、其制备方法及锂离子电池，将一维导电剂和/或二维导电剂与粘结剂与微米硅控制比例在溶剂中分散均匀，得到具有包覆结构的负极涂布浆料。该制备方法相比于常规导电剂，成本比较高；单壁碳纳米管价格成本比较高，相比于多壁碳纳米管价格相差几十倍，相比于常规导电炭黑价格相差几百倍。申请号为202310329193.4的专利公开了一种微米硅复合负极材料的制备方法及其应用，将lioh.h2o、a12o3、tio2、nh4h2po4按照比例混合,加入无水乙醇进行球磨。将球磨得到的浆料烘干后放入马弗炉,再进行研磨,得到latp固体电解质材料。然后将latp与微米硅按照比例混合,加入无水乙醇进行球磨,然后烘干煅烧得到微米硅负极复合阳极。该制备方法中功耗比较大，每一个步骤都需要球磨；浆料制备时也需要球磨。其次首圈比容量并不高。申请号为202310589269.7的专利专利技术了一种多层包覆结构的微米硅基负极材料,包括内核及包覆在内核外并依次包覆的多层包覆层；其中，所述多层包覆层为至少两层；所述内核为微米硅基材料；多层包覆层中包括电子导体层、离子导体层中的至少一种。该制备方法成本高，电池授权比容量较低，其中化学气相沉淀不仅需要高温，一些c1-c4混合气具有一定危险性。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于从便捷、可扩展、安全、可持续的角度去提供一种多碳源包覆缠绕结构的微米硅负极材料的制备方法及其锂离子电池应用。本专利技术主要内容是通过一维导电材料和pvp衍生碳的协同作用共同促进提升微米硅负极的电化学性能。因为一维导电材料具有高导电性和一定的柔韧性，可以缠绕包裹住因为体积膨胀而破碎的硅颗粒以及提供良好的电子迁移通道。同时一维导电材料与微米硅之间也存在空隙，可以缓冲硅的体积膨胀。另外pvp衍生碳包覆层可以使硅颗粒稳定，阻止硅与电解液的直接接触，减少副反应的发生。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种微米尺度硅碳复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：
4、步骤一，将微米硅基材料与一维导电材料、含有聚乙烯吡咯烷酮的混合液混合，得到样品；
5、步骤二，将步骤一中得到样品在惰性气氛下高温碳化得到多碳源包覆缠绕结构的微米硅复合负极材料。
6、进一步地，步骤一具体操作为：将微米硅基材料与一维导电材料混合，然后将混合物超声分散于含有聚乙烯吡咯烷酮的混合液混合，静置干燥，得到样品。
7、进一步地，微米硅基材料与一维导电材料混合包括研磨、球磨、在溶液(水或者乙醇)中超声分散或者搅拌。
8、进一步地，步骤一具体操作为：将微米硅基材料分散于含有聚乙烯吡咯烷酮的混合液混合，静置干燥，将干燥后的混合物与一维导电材料混合，得到样品。
9、进一步地，干燥后的混合物与一维导电材料混合包括研磨、球磨、在溶液(水或者乙醇)中超声分散或者搅拌。
10、进一步地，步骤一中微米硅基材料为多孔硅材料，通过硅金属体合金脱合金制备得到，其中硅金属体合金的化学式为mxsi(1-x)，0.5≤x≤0.8，m为铝、镁、铁、铜、钛中任意一种。
11、进一步地，微米硅基材料粒径为0.5-20μm。
12、进一步地，步骤一中一维导电料为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米纤维、银纳米纤维和铜纳米纤维中的至少一种。
13、进一步地，步骤一中微米硅基材料与一维导材料的质量比为(4-5)：(5-6)。
14、进一步地，步骤一中微米硅基材料与一维导电材料混合包括研磨、球磨、在溶液中超声分散或者搅拌。
15、进一步地，步骤一中含有聚乙烯吡咯烷酮的混合液中聚乙烯吡咯烷酮的浓度为2wt％，余量为水、乙醇或水和乙醇混合液。
16、进一步地，步骤二中惰性气氛下高温碳化具体为，惰性气体采用氩气或氮气，碳化温度为600-1200℃，碳化时间为0.5-6h。
17、本专利技术还提供了上述制备方法制备得到的微米尺度硅复合负极材料在锂离子电池中的应用。
18、本专利技术的有益效果：
19、1.一维导电材料作为一层碳包覆，包覆方法简单，想要调控碳包覆碳层厚度、致密程度仅需控制一维导电材料与微米硅基材料的比例。并且一维导电材料具有具有高导电性和柔韧性，可以缠绕包裹住因为体积膨胀而破碎的硅颗粒以及提供良好的电子迁移通道。
20、2.pvp衍生碳包覆层可以使硅颗粒稳定，阻止硅与电解液的直接接触，减少副反应的发生；想要调节有机源碳包覆层的厚度与致密度，可以调控碳化时间，碳化条件。
21、3.本专利技术是同时包覆这两种碳层及以上碳层，通过一维导电材料和pvp衍生碳的协同表面改性，可以兼备双方优势，极大提升微米硅负极本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种微米尺度硅碳复合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所述的制备方法，其特征在于，步骤一具体操作为：将微米硅基材料与一维导电材料混合，然后将混合物超声分散于含有聚乙烯吡咯烷酮的混合液混合，静置干燥，得到样品；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤一具体操作为：将微米硅基材料分散于含有聚乙烯吡咯烷酮的混合液混合，静置干燥，将干燥后的混合物与一维导电材料混合，得到样品；
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤一中微米硅基材料为多孔硅材料，通过硅金属体合金脱合金制备得到，粒径为0.5-20μm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤一中一维导电料为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米纤维、银纳米纤维和铜纳米纤维中的至少一种。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤一中微米硅基材料与一维导电材料的重量比为(4-5)：(5-6)。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤一中含有聚乙烯吡咯烷酮的混合液中聚乙烯吡咯烷酮的浓度为2
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤二中惰性气氛下高温碳化具体为，惰性气体采用氩气或氮气，碳化温度为600-1200℃，碳化时间为0.5-6h。
9.一种如权利要求1-8任一所述的制备方法制备得到的微米尺度硅复合负极材料。
10.一种如权利要求9所述的微米尺度硅复合负极材料在锂离子电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种微米尺度硅碳复合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所述的制备方法，其特征在于，步骤一具体操作为：将微米硅基材料与一维导电材料混合，然后将混合物超声分散于含有聚乙烯吡咯烷酮的混合液混合，静置干燥，得到样品；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤一具体操作为：将微米硅基材料分散于含有聚乙烯吡咯烷酮的混合液混合，静置干燥，将干燥后的混合物与一维导电材料混合，得到样品；
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤一中微米硅基材料为多孔硅材料，通过硅金属体合金脱合金制备得到，粒径为0.5-20μm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤一中一维导电料为单壁碳纳米管、多壁碳...
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