【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池领域，涉及一种三维网状结构硅纳米线及其制备方法和应用。
技术介绍
1、硅纳米线(sinws)由于其独特的一维结构作为锂离子电池负极能表现出优异的电化学性能。相比于传统的硅纳米颗粒(sinps)，其体积膨胀率更低、导电性更优异、在脱嵌锂过程中产生的应力更小，对固体电解质界面膜(sei)和材料结构的破坏程度低，因此其电化学性能比sinps更优异。此外，sinws的可逆容量在3000mah g-1以上，首次库伦效率通常大于87％，对于硅基材料的应用具有极大的促进作用。
2、采用气-液-固(v-l-s)制备的sinws其线径可控在50～200nm，长度在500～4000nm。但其宏观状态为团聚严重的海绵状难以分散，在制备电极过程中sinws单体无法被粘接剂均匀附着导致其与集流体的粘接效果差，在后续的电化学过程中极易脱落。sinws微观线度过长在脱嵌锂离子过程中容易断裂，材料的离子和电子通道被破坏，电极材料的平衡被打破导致其电化学性能下降。
3、cn104003393a公开了一种机械合金化辅助固液固法制备自分散硅纳米线粉体，利用si粉和ni粉作为原料，采用机械合金化得到ni包si结构的混合粉体，再将混合粉体放置在真空管式炉中经过固液固保温过程获得以ni核为中心呈径向生长的硅纳米线粉体。制备出的硅纳米线呈自分散的特征，解决了传统工艺中纳米线易缠绕、团聚和难以分散的问题。但是制备得到ni包si结构的混合粉体对技术的要求比较高，目前仅适用于实验室的研究，无法实现大规模生产。
4、cn1
5、通常而言sinws的团聚主要是由以下几个方面造成的：一，sinws纳米结构带来的高比表面积、表面能以及范德华力，系统为了极大限度的降低材料的吉布斯自由能，在熵效应的作用下相互吸引导致颗粒之间的团聚。二、纳米材料颗粒之间容易产生静电，由静电引力吸引或者排斥导致团聚。三、sinws的表面容易氧化，在氢键以及水合的作用下发生团聚。四、sinws线状结构的物理特性，线度过长容易导致交织、缠绕从而造成团聚。
6、因此，如何促进硅纳米线的分散和结构的构建，实现硅纳米线的大规模生产是本领域重要的研究方向。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种三维网状结构硅纳米线及其制备方法和应用，本专利技术提供的三维网状结构硅纳米线的制备方法通过控制硅纳米线的线长，降低表面活性性能，防止进一步氧化以及结构的重建来获得分散均匀、结构稳定的硅纳米线电极材料，同时提高了硅纳米线的电子和离子传输性能，降低硅纳米线的体积膨胀率，为后续加工处理以及在锂电中的应用提供基础。
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术目的之一在于提供一种三维网状结构硅纳米线的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
4、(1)将分散剂和溶剂进行第一混合后，加入硅纳米线进行第二混合得到混合液；
5、(2)对步骤(1)所述混合液进行分散后分离，得到中间产物；
6、(3)将步骤(2)所述中间产物与构建剂混合，进行水热反应后研磨破碎，得到所述三维网状结构硅纳米线。
7、本专利技术采用在硅纳米线和溶剂体系中加入分散剂通过混合得到混合液，通过步骤(2)的分散后控制硅纳米线的线长，最后在步骤(3)中加入构建剂实现硅纳米线的蒸发自组装，从而制备出分散均匀的三维网状结构的硅纳米线。步骤(3)中通过构建剂加入中间产物中，水热反应制备硅纳米线，既实现了硅纳米线三维导电网络的构建，也为硅纳米线在脱嵌锂的过程中产生的体积变化提供了缓冲空间，防止活性物质从集流体上脱落，提高硅纳米线的导电性和循环性能。
8、本专利技术在三维网状结构硅纳米线制备过程中无任何有毒物质引入，制备过程操作简单，适合大规模生产。
9、作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述分散剂包括全氟聚醚。
10、本专利技术中采用全氟聚醚作为硅纳米线体系的分散剂，是由于全氟聚醚中的f元素具有极强的电负性，可以起到良好的分散效果，全氟聚醚的表面张力低，物理化学稳定性好，憎水性强，能够附着在硅纳米线的表面形成保护层，在分散硅纳米线的同时可以起到隔绝氧和水的作用，从而防止硅纳米线在后续加工过程中被氧化，从而提高材料的稳定性。此外，全氟聚醚中的f元素能够与锂离子结合形成稳定的lif，提高了sei膜的稳定性和循环性能。
11、优选地，步骤(1)所述溶剂包括四氢呋喃和/或丙酮。
12、本专利技术中由于硅纳米线活性较强，在水和空气中极易被氧化，采用四氢呋喃和/或丙酮作为溶剂避免了硅纳米线与氧气和水的直接接触，并且经过硅纳米线分散之后，在其表面形成保护膜，可以有效防止硅纳米线在球磨和超声过程中产生的热量而被氧化，方便后续的加工处理，能够降低因为硅纳米线的表面氧化而产生的li2sio4、l2o等不可逆相，从而提高材料的首次库伦效率。
13、优选地，步骤(1)所述硅纳米线由气-液-固法制备得到。
14、优选地，步骤(1)所述硅纳米线的直径为50～200nm，其中所述直径可以是50nm、80nm、100nm、120nm、140nm、160nm、180nm或200nm等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
15、优选地，步骤(1)所述硅纳米线的长度为500～4000nm，其中所述长度可以是500nm、1000nm、1500nm、2000nm、2500nm、3000nm、3500nm或4000nm等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
16、优选地，步骤(1)所述分散剂和硅纳米线的质量比为(0.05～5):(95～99.95)，其中所述质量比可以是0.05:99.95、0.1:99.9、0.5:99.5、1:99、1.5:98.5、2:98、2.5:97.5、3:97、3.5:96.5、4:96、4.5:95.5或5:95等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
17、优选地，步骤(1)所述分散剂与溶剂的质量比为(0.1～0.5):(99.5～99.9)，其中所述质量比可以是0.5:99.5、0.4:99.6、0.3:99.7、0.2:99.8或0.1:99.9等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
18、作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述第一混合的速度为800～1400r/min，其中所述速度可以是800r/min、900r/min、1000r/min、1100r/min、1200r本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三维网状结构硅纳米线的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述分散剂包括全氟聚醚；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述第一混合的速度为800～1400r/min；
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述第二混合的速度为800～1500r/min；
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述分散包括球磨和/或超声处理；
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述分离包括过筛和/或离心；
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述构建剂包括聚醚溶液；
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
9.一种三维网状结构硅纳米线，其特征在于，所述三维网状结构硅纳米线由如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。
10.一种锂离子电
...【技术特征摘要】
1.一种三维网状结构硅纳米线的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述分散剂包括全氟聚醚；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述第一混合的速度为800～1400r/min；
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述第二混合的速度为800～1500r/min；
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述分散包括球磨和/或超声处理；...
【专利技术属性】
技术研发人员：谷智强，郭小平，刘林杰，吕茹湘，廖健淞，刘国钧，李钧，黄艳萍，张涛，
申请(专利权)人：拓米成都应用技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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