【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池材料，特别涉及一种原位制备的三维交联复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、纳米材料由于其纳米级尺寸效应为电化学储能装置提供了许多理想的特性，这与块状或微米级材料显著不同，例如离子扩散的动力学、应变/应力的大小以及活性材料的利用率。硅纳米线作为研究最广泛的纳米材料之一，在储能应用方面具有许多优势，硅纳米线结构增加了电极-电解质接触的比表面积和电极活性位点，提高了材料利用率和容量；硅纳米线为电子传输提供了一条连续的路径，降低了电荷传输电阻，可以提高电极的导电性和动力学；硅纳米线有利于缩短离子传输路径，可以大大提高电极的倍率性能；硅纳米线结构有助于缓解电极材料在反复锂化和脱锂过程中的结构变化。
2、然而硅纳米线仍面临巨大的挑战：具有较大的比表面积导致界面副反应增加，减少了库仑效率和循环寿命；同时硅纳米线在反复充放电过程中容易聚集，导致内部阻抗增加和容量衰减；并且其尺寸和形状可控的纳米线的合成相对复杂，工业应用的低成本纳米线的大规模生产仍需大力发展。
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供了一种原位制备的三维交联复合材料及其制备方法和应用,通过反应介质、催化剂催化以及熔盐电解法将硅纳米线均匀分散在碳基质中，避免了硅纳米线与电解液的直接接触，减小了副反应的产生，提高电池的首周库伦效率，同时，解决了电池在循环过程中硅纳米线的团聚问题，避免容量衰减，增强电池的循环性能；此外，本专利技术实施例提供的原位制备的三维交联复合材料中的硅纳米线可以缩短离子传输路径，大大
2、第一方面，本专利技术实施例提供了一种原位制备的三维交联复合材料,所述三维交联复合材料包括:碳基质、硅纳米线、以及包覆于所述碳基质外表面的碳壳；
3、所述碳基质是由有机碳源材料经过碳化得到；所述碳基质的质量占所述三维交联复合材料的总质量的百分比为30％-70％；
4、所述硅纳米线通过熔盐电解法还原二氧化硅得到；所述硅纳米线的线体直径在0.1nm-45nm之间；所述硅纳米线的质量占所述三维交联复合材料的总质量的百分比为1％-70％；
5、所述三维交联复合材料的粒径dv50在1μm-100μm之间。
6、优选的，所述硅纳米线的线体直径在10nm-30nm之间；
7、所述三维交联复合材料的粒径dv50在10μm-50μm之间；
8、所述碳基质的质量占所述三维交联复合材料的总质量的40％-50％；所述硅纳米线的质量占所述三维交联复合材料的总质量的10％-40％。
9、优选的，所述碳壳的质量占所述三维交联复合材料的总质量的百分比为1％-20％。
10、第二方面，本专利技术实施例提供了一种上述第一方面所述的原位制备的三维交联复合材料的制备方法，所述制备方法包括:
11、将反应介质置于搅拌机中，加入有机硅源材料和有机碳源材料，充分搅拌，混合均匀得到混合溶液；
12、向混合溶液中加入催化剂，继续搅拌反应6小时-30小时，得到反应产物；
13、将反应产物过滤干燥之后，置于反应炉中进行碳化处理，得到原位制备的三维交联sio2/c复合材料；
14、将三维交联sio2/c复合材料通过熔盐电解法还原二氧化硅，得到三维交联硅纳米线/c复合材料；
15、将三维交联硅纳米线/c复合材料冷却、洗涤、真空干燥之后，再进行碳包覆处理，得到原位制备的三维交联复合材料。
16、优选的，所述反应介质包括：水或醇类化合物的水溶液中的一种；
17、所述醇类化合物包括：甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、异丁醇或正丁醇中的一中或多种；所述醇类化合物占所述反应介质的体积分数为0-80％；
18、所述有机硅源材料包括：四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或多种；
19、所述有机碳源材料包括：葡萄糖、蔗糖、聚乙烯吡咯烷酮、酚醛树脂中的一种或多种；
20、所述催化剂包括：氨水、盐酸、二氧化碳、醋酸、醋酸铵中的一种或多种。
21、优选的，所述反应炉包括：回转炉、管式炉、钟罩炉、流化床中的任一种；
22、所述碳化处理的温度为700℃-1300℃；所述碳化处理的时间为0.5小时-15小时。
23、优选的，所述熔盐电解法具体包括:以所述原位制备的三维交联sio2/c复合材料为阴极，石墨为阳极，熔盐体系cacl2-nacl为电解质，控制槽电压为2v-3.2v，温度为550℃-1000℃，在氩气气氛下通电5小时-20小时，得到所述三维交联硅纳米线/c复合材料。
24、优选的，所述碳包覆处理包括：气相包覆、液相包覆、固相包覆中的一种；
25、所述碳包覆处理形成的碳壳占原位制备的三维交联复合材料总质量的百分比为1％-20％。
26、第三方面，本专利技术实施例提供了一种负极片,所述负极片包括上述第一方面所述的原位制备的三维交联复合材料。
27、第四方面，本专利技术实施例提供了一种锂电池，所述锂电池包括上述第三方面所述的负极片。
28、本专利技术实施例提供的一种原位制备的三维交联复合材料，通过反应介质、催化剂催化以及熔盐电解法将硅纳米线均匀分散在碳基质中，避免了硅纳米线与电解液的直接接触，减小了副反应的产生，提高电池的首周库伦效率，同时，解决了电池在循环过程中硅纳米线的团聚问题，避免容量衰减，增强电池的循环性能；此外，本专利技术实施例提供的原位制备的三维交联复合材料中的硅纳米线可以缩短离子传输路径，大大提高电极的倍率性能，同时为电子传输提供了一条连续的路径，降低电荷传输电阻，提高导电性能。
29、本专利技术实施例提供的一种原位制备的三维交联复合材料的制备方法较为简单，易操作，具有适用于工业化生产的优点。
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1.一种原位制备的三维交联复合材料,其特征在于，所述三维交联复合材料包括:碳基质、硅纳米线、以及包覆于所述碳基质外表面的碳壳；
2.根据权利要求1所述的原位制备的的三维交联复合材料，其特征在于，所述硅纳米线的线体直径在10nm-30nm之间；
3.根据权利要求1所述的原位制备的三维交联复合材料，其特征在于，所述碳壳的质量占所述三维交联复合材料的总质量的百分比为1％-20％。
4.一种上述权利要求1-3任一所述的原位制备的三维交联复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括:
5.根据权利要求4所述的原位制备的三维交联复合材料的制备方法，其特征在于，所述反应介质包括：水或醇类化合物的水溶液中的一种；
6.根据权利要求4所述的原位制备的三维交联复合材料的制备方法，其特征在于，所述反应炉包括：回转炉、管式炉、钟罩炉、流化床中的任一种；
7.根据权利要求4所述的原位制备的三维交联复合材料的制备方法，其特征在于，所述熔盐电解法具体包括:以所述原位制备的三维交联SiO2/C复合材料为阴极，石墨为阳极，熔盐体系CaCl
8.根据权利要求7所述的原位制备的三维交联复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳包覆处理包括：气相包覆、液相包覆、固相包覆中的一种；
9.一种负极片，其特征在于，所述负极片包括上述权利要求1-3任一所述的原位制备的三维交联复合材料。
10.一种锂电池，其特征在于，所述锂电池包括上述权利要求9所述的负极片。
...【技术特征摘要】
1.一种原位制备的三维交联复合材料,其特征在于，所述三维交联复合材料包括:碳基质、硅纳米线、以及包覆于所述碳基质外表面的碳壳；
2.根据权利要求1所述的原位制备的的三维交联复合材料，其特征在于，所述硅纳米线的线体直径在10nm-30nm之间；
3.根据权利要求1所述的原位制备的三维交联复合材料，其特征在于，所述碳壳的质量占所述三维交联复合材料的总质量的百分比为1％-20％。
4.一种上述权利要求1-3任一所述的原位制备的三维交联复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括:
5.根据权利要求4所述的原位制备的三维交联复合材料的制备方法，其特征在于，所述反应介质包括：水或醇类化合物的水溶液中的一种；
6.根据权利要求4所述的原位制备的三维交联复合材料的制备方法，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：邵金，刘柏男，罗飞，
申请(专利权)人：溧阳天目先导电池材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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