[發明專利]纖維素原位碳基鋰電池氣凝膠及其制備方法

有效

• 申請號: 201710851951.3
• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN107644988B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 吳孟強;陳治;徐自強;馮婷婷;李肖輝;李文磊;郭豪
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡;葛啟函

本發明提供一種纖維素原位碳基鋰電池氣凝膠及其制備方法，包括以下步驟：(1)將錫源分散水中形成均相分散錫溶液體系；(2)向錫溶液體系中加入4?10重量份羥乙基纖維素，常溫下攪拌(3)向黏狀液體中加入堿溶液繼續攪拌均勻，再加入交聯劑于常溫下攪拌均勻，最后在常溫下聚合形成透明或者半透明塊狀凝膠；(4)將獲得的凝膠干燥，再將干燥后的凝膠進行碳化、球磨、洗滌處理得到纖維素原位碳基鋰電池氣凝膠，本發明制得的氣凝膠性能優異，在鋰電池負極材料中具有良好的克容量，同時保證了其擁有較好的制備工藝以及出色的比表面積，制備原料來源廣，制備方法簡單，制備成本低，有望實現工業化大規模生產。

技術領域

本發明涉及固態鋰電池技術領域，具體涉及一種纖維素原位碳基鋰電池氣凝膠及其制備方法。

背景技術

鋰電池經過數十年的發展，目前已經成為日常生活中使用最為廣泛的儲能單元，主要是用在手機電池、筆記本電池等數碼產品以及電池汽車等方面。隨著電子產品逐漸輕量化、微型化以及高集成化，對電池的要求也越來越高。電池的比能量、形狀以及安全性都極大地限制了目前包括手機、筆記本電腦和無人機等電子產品的發展，所以目前最為迫切的問題便是尋找一種新型高比能電極材料，改善電池的儲能性能，這樣才能跟上相關產業的發展進度。

目前新型鋰電池負極材料主要包括石墨烯材料、硅碳材料以及錫碳材料，石墨烯材料由于生產成本過高，難以實現電池材料的產業化生產，硅碳材料由于在充放電過程中體積膨脹過大也限制了其商用化進度，相對于前兩種材料，錫碳材料價格便宜，屬于金銀銅鐵錫五大金屬之一，生產技術成熟，商業化前景良好。

單質錫儲鋰性能很好，但是也面臨著體積膨脹的問題，所以需要采用碳材料進行摻雜改性或者包覆等處理過程。目前使用的摻雜主要為球磨復合，將碳源與錫材料在球磨的環境下充分混合制備粒徑為微納米級的微粒材料，改善錫碳材料的性能。但是由于球磨時間過長，能源消耗過大，難以大批量工業化生產，限制其應用。還有一種方法是模板法，先通過一些其他的物質與碳源形成微觀復合結構，在使用一些特殊的溶劑將其他的物質溶解留下多孔碳源微觀結構，再將錫源填充進去形成碳包錫的結構，實現高容量的負極材料。相對于前面一種方法，這種方法得到的性能更好一些，但是制備過程更為復雜，產品的一致性難以得到保障，對電池的性能具有一些不確定性因素影響。

電池負極材料的性能對電池的整體性能起著至關重要的作用，在鋰電池四大組成部件中有著不可或缺的地位。現有的技術主要由于生產工藝和生產成本的限制難以實現大批量工業化生產，為了彌補現有技術的空白，本發明提供了一種纖維素原位碳基鋰電池錫碳氣凝膠負極材料機子制備方法。

發明內容

針對目前鋰電池負極材料存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種纖維素原位碳基鋰電池氣凝膠及其制備方法，以生物質原料羥乙基纖維素為負極材料的骨架材料，以環氧氯丙烷等為氣凝膠的化學交聯劑，加入錫源以及堿溶液提供堿性環境，在常溫或者低溫條件下完成氣凝膠的聚合反應，形成均勻表面光滑的凝膠材料，再將該凝膠材料進行干燥處理，最后經過碳化形成鋰電池氣凝膠負極材料。

為實現上述發明目的，本發明技術方案如下：

一種纖維素原位碳基鋰電池氣凝膠的制備方法，包括以下步驟：

(1)將納米錫、四氯化錫、氯化亞錫至少一種作為錫源分散于60-100重量份水中形成均相分散錫溶液體系；錫源中所含錫的總量為2-8重量份；

(2)向錫溶液體系中加入4-10重量份羥乙基纖維素，常溫下攪拌，使其充分溶解形成透明或者半透明黏狀液體；

(3)向黏狀液體中加入堿溶液繼續攪拌均勻，再加入5-150重量份交聯劑于常溫下攪拌均勻，最后在常溫下聚合形成透明或者半透明塊狀凝膠；

(4)將獲得的凝膠干燥，再將干燥后的凝膠進行碳化、球磨、洗滌處理得到纖維素原位碳基鋰電池氣凝膠。