[發明專利]棉絮狀單質硅納米線團/碳復合負極材料及制備方法和用途

有效

• 申請號: 201710144436.1
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN106941153B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 江永斌;江科言;江曼
• 申請（專利權）人: 江永斌
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/42;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 苑新民;魏坤宇

本發明設計電池材料技術領域，涉及棉絮狀單質硅納米線團/碳復合負極材料及制備方法和用途，棉絮狀單質硅納米線團/碳復合負極材料，所述的單質硅納米線團是用單質硅納米線或/和單質硅納米顆粒集結成的棉絮狀結構，單質硅納米線團的外表面及其空隙中包覆著導電碳材料或混合導電材料形成鋰離子電池負極材料，所述的混合導電材料中至少有一種導電材料；制備方法是配制聚合物溶液，將聚合物溶液與棉絮狀單質硅納米線團均勻混合，再經過濾烘干、碳化、粉碎、過篩得到棉絮狀單質硅納米線團/碳復合負極材料，用于鋰電池的電池負極，優點是：生產無污染，有防爆炸的內應力釋放空間，可避免硅顆粒與電解液直接接觸，減緩容量衰減速度，提高首次充放電效率、充放電容量和循環性能。

技術領域

本發明設計電池材料技術領域，具體涉及一種高容量，長循環穩定性好的棉絮狀單質硅納米線團/碳復合負極材料及其制備方法和用途。

背景技術

隨著人口的急速膨脹和經濟的高速發展，以鋰離子電池為主要表現形式的電化學儲能以其環境友好，循環壽命長，自放電小，能量密度高及高電壓等特點受到極大關注和青睞，已在各類便攜式電子產品中得到廣泛應用，然而受到現有石墨負極材料儲能機制及低容量的影響，目前商用鋰離子電池難以滿足新能源汽車動力電池等對高能量密度的使用需求，單質硅是已知理論容量最高的負極材料(4200mAh/g),這高于商用石墨負極(372mAh/g)。同時具有較豐富的地殼儲量，與合適的工作電壓，被認為是最具有潛力的高容量負極材料之首選材料。

然而，硅作為半導體材料，對鋰離子和電子的傳導能力差，且硅和鋰合金化反應導致充放電過程中顆粒體積膨脹高達0-300％，極易導致電極結構破壞，電池容量衰減劇烈，以上問題嚴重限制了硅作為負極材料的規模化使用，將硅顆粒減少到納米化尺寸控制于100nm以下。硅顆粒因隨著顆粒納米化后大幅降低硅的體積膨脹率，60nm納米硅膨脹率約為0-55％以減少電極內部應力，并與導電碳材料復合已被證明可有效改善其電化學性能，也是目前高容量高性能硅負極材料研究所采取的主流方向。

現有技術制備納米硅主要以一氧化硅、二氧化硅、四氯氫硅、氧化亞硅等化學反應還原來制取納米級(100nm)以下納米硅，其投入設備規模巨大，對環境污染大，其實驗室小量試制可行，但到工業化批量生產帶來許多技術瓶頸難題，根本無法得以實施工業化大批量生產。

全球新能源汽車現狀是靠各國政府進行對車企補貼，采用鼓勵政策來發展新能源汽車，但長期依靠政府財政補貼是不可行的。要解決新能源汽車的快速發展，首先必須解決汽車動力電池的能量密度提高，提高續航里程，使普通老百姓購買新能源汽車害怕一次充電無法行駛長距離路程得以解決，才能解決新能源汽車真正市場化快速發展，我國才能真正意義上成為新能源汽車制造強國。

本發明前的現有技術的中國專利公開號如下：CN106058207A(中國科學技術大學)、CN106252622A(貝特瑞)、CN104466185A(中國科學院深圳先進技術研究院)、CN104362311A(清華大學深圳研究院)、CN102509781A(上海交通大學)、CN103545493A(中南大學)、CN10331522A(中國科學院過程工程研究所)、CN102790204A(中國科學院寧波材料研究所)。

發明內容

本發明的目的是提供一種棉絮狀單質硅納米線團/碳復合負極材料及制備方法和用途。

本發明的目的是這樣實現的：

一種棉絮狀單質硅納米線團/碳復合負極材料，所述的單質硅納米線團是用單質硅納米線集結成的棉絮狀結構，單質硅納米線團的外表面及其空隙中包覆著導電碳材料或混合導電材料形成鋰離子電池負極材料，所述的混合導電材料中至少有一種導電材料。

上述的單質硅納米線團是用單質硅納米顆粒集結成的棉絮狀結構，單質硅納米線團的外表面及其空隙中包覆著導電碳材料或混合導電材料形成鋰離子電池負極材料，所述的混合導電材料中至少有一種導電材料。