锂离子电池负极活性材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种锂离子电池负极活性材料的制备方法，包括以下步骤：提供硅颗粒以及硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂具有可水解官能团以及有机官能团；在水中混合所述硅颗粒以及硅烷偶联剂形成一第一混合液，所述硅烷偶联剂的可水解官能团水解并化学接枝到所述硅颗粒表面；在该第一混合液中加入聚合物单体或低聚物形成一第二混合液，利用原位聚合的方法在所述硅颗粒表面包覆一聚合物层，从而形成一硅聚合物复合材料，所述聚合物单体或低聚物在发生聚合反应的同时，与所述硅烷偶联剂的有机官能团反应，从而使生成的聚合物层化学接枝到所述硅颗粒表面；以及热处理所述硅聚合物复合材料，使所述聚合物层碳化形成一碳层包覆在所述硅颗粒表面，从而形成一硅碳复合材料。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种，包括以下步骤：提供硅颗粒以及硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂具有可水解官能团以及有机官能团；在水中混合所述硅颗粒以及硅烷偶联剂形成一第一混合液，所述硅烷偶联剂的可水解官能团水解并化学接枝到所述硅颗粒表面；在该第一混合液中加入聚合物单体或低聚物形成一第二混合液，利用原位聚合的方法在所述硅颗粒表面包覆一聚合物层，从而形成一硅聚合物复合材料，所述聚合物单体或低聚物在发生聚合反应的同时，与所述硅烷偶联剂的有机官能团反应，从而使生成的聚合物层化学接枝到所述硅颗粒表面；以及热处理所述硅聚合物复合材料，使所述聚合物层碳化形成一碳层包覆在所述硅颗粒表面，从而形成一硅碳复合材料。【专利说明】
本专利技术涉及一种锂离子负极活性材料的制备方法，尤其涉及一种硅碳复合材料作为。
技术介绍
目前商业化的负极材料主要是石墨，其具有理论比容量较低(372mAh.g—1)，高倍率充放电性能差等缺点已不可能完全满足锂离子电池发展的需求，高能动力型锂离子电池的发展迫切需要寻求高容量、长寿命、安全可靠的新型高容量负极来替代石墨类碳负极。硅负极材料有较高的理论比容量，低的脱嵌锂电位，是一种非常有发展前景的高容量负极材料。锂在硅中的可逆插入量可达4000mAh/g。但是硅材料在脱嵌锂过程中伴有较大的体积变化(体积膨胀大于300%)，导致容量迅速衰减，循环性能差；电导率低和首次库仑效率低等缺点制约了它在锂离子电池中的实际应用。现有技术中采用纳米尺寸的硅粒子来减小硅负极材料在脱嵌锂过程中的体积变化，以提高硅负极材料的结构稳定性和循环性能，但是硅纳米粒子之间非常容易团聚，从而无法发挥纳米粒子的优点。此外，现有技术中采用在硅材料表面涂覆碳的方式来提高硅负极材料电导率。但通常的涂覆方式硅与碳之间的结合力较弱，此外，硅纳米颗粒容易团聚，涂覆后仍有很多硅颗粒直接接触，导致涂覆通常不均匀，从而造成硅负极材料的电化学性能无法有效地提闻。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种可以改善硅负极材料循环性能的负极活性材料的制备方法。一种，包括以下步骤:提供硅颗粒以及硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂具有可水解官能团以及有机官能团；在水中混合所述硅颗粒以及硅烷偶联剂形成一第一混合液，所述硅烷偶联剂的可水解官能团水解并化学接枝到所述硅颗粒表面；在该第一混合液中加入聚合物单体或低聚物形成一第二混合液，利用原位聚合的方法在所述硅颗粒表面包覆一聚合物层，从而形成一硅聚合物复合材料，所述聚合物单体或低聚物在发生聚合反应的同时，与所述硅烷偶联剂的有机官能团反应，从而使生成的聚合物层化学接枝到所述硅颗粒表面；以及热处理所述硅聚合物复合材料，使所述聚合物层碳化形成一碳层包覆在所述硅颗粒表面，从而形成一硅碳复合材料。相对于现有技术，本专利技术利用硅烷偶联剂将无机的硅颗粒与有机的聚合物通过化学键连接在一起，然后将聚合物碳化后形成核壳结构的硅碳复合材料。由于聚合物与硅颗粒之间通过化学键连接，从而碳化后形成的硅碳复合材料中，碳层均匀连续且紧密地包覆在硅颗粒表面。从而一方面提高了硅颗粒的导电性，另一方面提高了硅颗粒的结构稳定性，由于碳层的均匀包覆，硅颗粒之间通过碳来相互接触，避免了硅颗粒之间的黏连。利用该硅碳复合材料作为锂离子负极活性材料，提高了锂离子电池的循环稳定性。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术实施例的锂离子电池负极活性材料制备方法流程图。图2是本专利技术实施例的制备锂离子电池负极活性材料的原料纳米硅粉的扫描电镜照片。图3是本专利技术实施例制备的硅碳复合材料的扫描电镜照片。图4是本专利技术实施例制备的硅碳复合材料的XRD图谱。图5是本专利技术实施例对硅碳复合材料碳含量测定的热重分析图。图6是本专利技术实施例制备的硅碳复合材料的不同循环次数下的充放电曲线对比图。图7是本专利技术实施例制备的硅碳复合材料的循环性能测试曲线。图8为本专利技术对比例I制备的硅碳复合材料的不同循环次数下的充放电曲线对比图。【具体实施方式】以下将结合附图详细说明本专利技术实施例。请参阅图1，本专利技术实施例提供一种，包括以下步骤: Si，提供硅颗粒以及硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂具有可水解官能团以及有机官能团； S2，在水中混合所述硅颗粒以及硅烷偶联剂形成一第一混合液，所述硅烷偶联剂的可水解官能团水解并化学接枝到所述硅颗粒表面； S3，在该第一混合液中加入聚合物单体或低聚物形成一第二混合液，利用原位聚合的方法在所述硅颗粒表面包覆一聚合物层，从而形成一硅聚合物复合材料，所述聚合物单体或低聚物在发生聚合反应的同时，与所述硅烷偶联剂的有机官能团反应，从而使生成的聚合物层化学接枝到所述硅颗粒表面；以及 S4,热处理所述硅聚合物复合材料，使所述聚合物层碳化形成一碳层包覆在所述硅颗粒表面,从而形成一娃碳复合材料。在上述步骤SI中，所述硅颗粒的形状不限，可以是粉末状、线状、棒状或管状。所述硅颗粒的粒径可以为微米级或纳米级。优选地，所述硅颗粒的粒径范围为I纳米至500纳米。本专利技术实施例中所述硅颗粒为粉末状，粒径为100纳米。所述硅烷偶联剂可用于作为连接无机材料的硅颗粒和有机材料的聚合物的桥梁。所述硅烷偶联剂具有所述可水解官能团和有机官能团，分别用来连接所述硅颗粒和聚合物。所述可水解官能团在水中可以发生水解反应，同时可以与所述硅颗粒表面反应。所述可水解官能团包括烷氧基、氨基、肟基、氨氧基、羧基、链烯氧基以及羟基中的至少一种。所述烷氧基包括甲氧基(-OCH3)或乙氧基(-OCH2CH3X所述氨基包括-NH2、-NH-, -N=以及-N (CH3) 2。所述肟基可为-ON=C (CH3) CH2CH3。所述氨氧基可包括-ON (CH3) 2。所述羧基可包括-0C0CH3。优选地，所述可水解官能团为烷氧基、链烯氧基、羟基、二酰亚胺残基、取代或未取代的乙酰胺残基、脲残基、氨基甲酸酯残基以及氨基磺酸酯残基中的一种多种。所述有机官能团可与所述聚合物单体反应，可包括未被取代的烃基如烷基、环烷基、链烯基、芳基和芳烷基，或前述烃基中的部分或全部氢原子被取代的基团。所述可用于取代的基团包括卤素原子、氰基、氧化烯、聚氧化烯、(甲基)丙烯酸基、(甲基)丙烯酰氧基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、酰胺基、脲基以及环氧基。优选地，所述有机官能团具有碳碳双键。优选地，所述有机官能团可为Y-缩水甘油基氧丙基、(3，4_环氧环己基)乙基、Y-氨丙基、Y-氰基丙基、Y-丙烯酰氧基丙基、Y -甲基丙烯酰氧基丙基以及Y-脲基丙基中的一种或多种。所述硅烷偶联剂的种类不限，只要能通过化学键将所述硅颗粒与聚合物连接即可。具有上述可水解官能团以及有机官能团的硅烷偶联剂可选择为乙烯基三乙氧基硅烧、甲基二甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、乙烯基二甲氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(ΚΗ570)、甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷(ΚΗ571)、Y _氣基丙基二乙氧基硅烷、Y _疏基丙基二甲氧基硅烷、Y-氛基丙基二甲氧基硅烷、Y-缩水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷、(3，4_环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷以及Y-脲基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。在上述步骤S2中，由于所述硅烷偶联剂具有可水解官能团，因此，当将所述硅烷偶联剂以及硅颗粒置入水中时，所述硅烷偶联剂的可水解官能团本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池负极活性材料的制备方法，包括以下步骤：提供硅颗粒以及硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂具有可水解官能团以及有机官能团；在水中混合所述硅颗粒以及硅烷偶联剂形成一第一混合液，所述硅烷偶联剂的可水解官能团水解并化学接枝到所述硅颗粒表面；在该第一混合液中加入聚合物单体或低聚物形成一第二混合液，利用原位聚合的方法在所述硅颗粒表面包覆一聚合物层，从而形成一硅聚合物复合材料，所述聚合物单体或低聚物在发生聚合反应的同时，与所述硅烷偶联剂的有机官能团反应，从而使生成的聚合物层化学接枝到所述硅颗粒表面；以及热处理所述硅聚合物复合材料，使所述聚合物层碳化形成一碳层包覆在所述硅颗粒表面，从而形成一硅碳复合材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：崔清伟，李建军，何向明，曹江，王莉，戴仲葭，
申请(专利权)人：江苏华东锂电技术研究院有限公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：