本发明专利技术涉及一种多元复合负极材料及制备方法，其特征在于：纳米硅粉占复合材料质量分数15~30%，碳纳米管占复合材料质量分数5~9%，膨胀石墨占复合材料质量分数19~40%，无定形碳占复合材料质量分数37~55%，来源于聚乙烯醇或者聚乙二醇的高温碳化。其中纳米硅粉是核心的活性物质，起到能量存储的作用；碳纳米管起到导电的作用；膨胀石墨起到双重作用，包括硅粉充放电过程中的体积刚性缓冲空间和导电剂作用；无定形碳，来源于聚乙烯醇或者聚乙二醇的高温碳化，作为更为柔性缓冲空间，该复合材料具有非常优异的电化学特性。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种多元复合负极材料及制备方法，其特征在于：纳米硅粉占复合材料质量分数15~30%，碳纳米管占复合材料质量分数5~9%，膨胀石墨占复合材料质量分数19~40%，无定形碳占复合材料质量分数37~55%，来源于聚乙烯醇或者聚乙二醇的高温碳化。其中纳米硅粉是核心的活性物质，起到能量存储的作用；碳纳米管起到导电的作用；膨胀石墨起到双重作用，包括硅粉充放电过程中的体积刚性缓冲空间和导电剂作用；无定形碳，来源于聚乙烯醇或者聚乙二醇的高温碳化，作为更为柔性缓冲空间，该复合材料具有非常优异的电化学特性。【专利说明】
本专利技术涉及，属于储能材料
。
技术介绍
锂离子电池，一种能量存储和转换的装置，随着科技进步和时代的发展已经越来越被人们所接受，应用领域也越来越广泛，包括便携式电子产品、移动电话、电动汽车、储能等领域。负极材料是电池中重要的组成部分，它与正极材料一起决定着电池的循环寿命、容量和安全等关键性能，传统的负极材料大多为碳系材料，如人造石墨、天然石墨、硬碳等，这类材料放电容量基本在350mAh/g左右，虽然此容量相对于现有正极材料完全能够满足要求，但随着人们对电池能量密度提高的迫切要求和期盼，这些负极材料已经不能满足如富锂材料、镍锰尖晶石高电压材料这些高能量正极材料的要求，为此，必须开发出具有更高容量，且电压与传统碳系材料相当的新型负极材料。近些年来，一类具有非常高容量的硅系材料(理论容量4200mAh/g)引起了人们广泛重视和关注，另外硅资源也相当丰富，该材料一直被认为是下一代锂电池负极材料的首选。然而由于硅材料本身存在问题所制约，该材料的发展受到了一定的制约。例如，纯硅材料在充电过程中，体积会发生400%的膨胀，导致材料的粉化，进而从负极极板中脱落，造成不可逆的容量损失和安全性降低。另外，纯硅的导电性能并不是很优良，通常是制备硅碳复合材料还进行解决。复合材料是人们经常使用的一种功能材料，利用复合材料内各个组成单元之间的协同效应，可以实现材料单元之间的优势互补，提高复合材料的综合性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，将针对硅材料本身存在的容易粉化和电导率较低问题，制备 一种多元的复合负极材料，以改善硅的上述问题；其中纳米硅粉是核心的活性物质，起到能量存储的作用；碳纳米管起到导电的作用；膨胀石墨起到双重作用，包括硅粉充放电过程中的体积刚性缓冲空间和导电剂作用；无定形碳作为更为柔性缓冲空间。该复合材料具有非常优异的电化学特性。本专利技术的技术方案是这样实现的:一种多元复合负极材料，由纳米硅粉、碳纳米管、膨胀石墨和无定形碳组成，其中纳米硅粉占复合材料质量分数15~30%，直径在2(T200nm之间；碳纳米管占复合材料质量分数5~9%，平均管径4(T50nm之间，电导率大于100s/cm ;膨胀石墨占复合材料质量分数1扩40%，0.5^20微米；无定形碳占复合材料质量分数37飞5%，来源于聚乙烯醇或者聚乙二醇的高温碳化。一种上述多元复合负极材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下:a)将商业化的有机高分子溶解于去离子水中，形成浓度为0.08、.4g/cm3的有机溶液；b)将颗粒尺寸为2(T200nm的硅粉、管径4(T50nm且电导率大于100s/cm的碳纳米管、尺寸为0.5^20微米的膨胀石墨分别添加到上述有机溶液中，在8(T90°C下强力搅拌，直至水分全部挥发，形成前驱体粉末； c)前驱体粉末置于具有惰性气体保护的管式炉或者真空炉中进行烧结，升温速率5~8°C/min，烧结时间为ClOh，烧结温度为625~750°C，室温冷却后即可得多元复合负极材料； 步骤a)中所述有机高分子可以为聚合度为170-1900的聚乙烯醇，也可以为分子量在200^8000之间的聚乙二醇；步骤c)中所述惰性气体包括氩气、氮气。本专利技术的积极效果在于复合材料包括纳米硅粉、碳纳米管、膨胀石墨和无定形碳，其中纳米硅粉是核心的活性物质，起到能量存储的作用；碳纳米管起到导电的作用；膨胀石墨起到双重作用，包括硅粉充放电过程中的体积刚性缓冲空间和导电剂作用；无定形碳，来源于聚乙烯醇或者聚乙二醇的高温碳化，作为更为柔性缓冲空间。该复合材料具有非常优异的电化学特性。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术所述多元复合负极材料的结构示意图，其中“I”为纳米硅粉，“2”为膨胀石墨，“3”为无定形碳，“4”为碳纳米管。图2是本专利技术实例3中所制备材料的充放电曲线图谱。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的描述: 实施例1 如图1将聚合度为170的聚乙`烯醇溶于去离子水中，形成浓度为0.08的有机PVA溶液；再将颗粒尺寸为35nm的硅粉(占复合材料总重的21%)、管径40nm且电导率为119s/cm的碳纳米管(占复合材料总重的5%)、尺寸为10微米的膨胀石墨(占复合材料总重的19%)分别添加到上述有机溶液中，在80°C下强力搅拌，直至水分全部挥发，形成前驱体粉末；前驱体粉末置于具有氩气保护的管式炉中进行烧结，升温速率5°C/min，烧结时间为10h，烧结温度为650°C，室温冷却后即可得含有55%无定形碳的多元复合负极材料。实施例2 将聚合度为1900的聚乙烯醇溶于去离子水中，形成浓度为0.2的有机PVA溶液；再将颗粒尺寸为20nm的硅粉(占复合材料总重的30%)、管径50nm且电导率为200s/cm的碳纳米管(占复合材料总重的7%)、尺寸为20微米的膨胀石墨(占复合材料总重的26%)分别添加到上述有机溶液中，在90°C下强力搅拌，直至水分全部挥发，形成前驱体粉末；前驱体粉末置于具有氮气保护的管式炉中进行烧结，升温速率8°C/min，烧结时间为10h，烧结温度为750°C，室温冷却后即可得含有37%无定形碳的多元复合负极材料。实施例3 图2所示将分子量为5000的聚乙二醇溶于去离子水中，形成浓度为0.4的有机溶液；再将颗粒尺寸为200nm的硅粉(占复合材料总重的28%)、管径45nm且电导率为320s/cm的碳纳米管(占复合材料总重的3%)、尺寸为0.5微米的膨胀石墨(占复合材料总重的30%)分别添加到上述有机溶液中，在80°C下强力搅拌，直至水分全部挥发，形成前驱体粉末；前驱体粉末置于真空炉中进行烧结，升温速率6°C/min，烧结时间为6h，烧结温度为700°C，室温冷却后即可得含有39%无定形碳的多元复合负极材料。实施例4 将分子量为200的聚乙二醇溶于去离子水中，形成浓度为0.1的有机溶液；再将颗粒尺寸为IOOnm的硅粉(占复合材料总重的18%)、管径45nm且电导率为320s/cm的碳纳米管(占复合材料总重的9%)、尺寸为10微米的膨胀石墨(占复合材料总重的33%)分别添加到上述有机溶液中，在80°C下强力搅拌，直至水分全部挥发，形成前驱体粉末；前驱体粉末置于具有氮气保护的管式炉中进行烧结，升温速率8°C/min，烧结时间为8h，烧结温度为625°C，室温冷却后即可得含有40%无定形碳的多元复合负极材料。实施例5 将分子量为8000的聚乙二醇溶于去离子水中，形成浓度为0.4的有机溶液；再将颗粒尺寸为35nm的硅粉(占复合材料总重的15%)、管径45nm且电导率为320s/cm的碳纳米本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多元复合负极材料，由纳米硅粉、碳纳米管、膨胀石墨和无定形碳组成，其特征在于：纳米硅粉占复合材料质量分数15~30%，直径在20~200nm之间；碳纳米管占复合材料质量分数5~9%，平均管径40~50nm之间，电导率大于100s/cm；膨胀石墨占复合材料质量分数19~40%，0.5~20微米；无定形碳占复合材料质量分数37~55%，来源于聚乙烯醇或者聚乙二醇的高温碳化。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：姜涛，陈慧明，王丹，张克金，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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