[發(fā)明專利]一種氮化硼納米管/硅/碳納米管復合材料及制備、應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710984525.7
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107863505B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發(fā)明（設計）人: 廖云龍;楊茂萍;齊美洲
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M10/0525;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/58
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 段曉微;葉美琴

本發(fā)明公開了一種氮化硼納米管/硅/碳納米管復合材料，包括硅材料、氮化硼納米管及碳納米管，其中硅材料的含量為10～90wt％，氮化硼納米管與碳納米管含量之和為10～90wt％；本發(fā)明還公開了所述氮化硼納米管/硅/碳納米管復合材料的制備方法及在制備鋰離子電池負極材料中的應用；本發(fā)明中，由于氮化硼納米管具有良好的耐高溫和抗氧化性，可以作為結構支撐同時部分納米硅可以嵌入到改性的氮化硼納米管內(nèi)部，緩解在充放電過程中硅顆粒的體積變化，而碳納米管具有良好的電子電導性和離子電導性，氮化硼納米管/硅/碳納米管復合材料在克服硅基負極材料缺點的同時，可發(fā)揮硅基負極優(yōu)異的電化學性能，可廣泛應用于鋰離子電池負極材料。

技術領域

本發(fā)明涉及鋰離子電池負極材料技術領域，尤其涉及一種氮化硼納米管/硅/碳納米管復合材料及制備、應用。

背景技術

作為新一代的綠色能源之一，鋰離子電池擁有高能量密度和良好的循環(huán)性能，被廣泛應用于便攜式電子設備、電動汽車電源和電力儲能系統(tǒng)。與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車單次充能的行駛里程相比(600-800km)，目前動力鋰離子電池(200-400km)仍然存在較大差距。當前商業(yè)化、的鋰離子電池負極材料主要采用石墨。石墨負極材料在脫嵌鋰離子時體積變化較小，可以有效防止鋰的枝狀結晶。石墨的理論容量的理論容量高達370mAh/g，然而硅基負極材料的理論比容量高達4200mAh/g，硅基負極材料因其高的理論容量、環(huán)境友好、儲量豐富等特點被廣泛認為下一代高能量密度鋰離子電池的負極材料。因此，為了進一步提升鋰離子電池性能，研發(fā)高電壓、大容量和長循環(huán)性能的鋰離子電池硅基負極材料具有重要意義。

硅基負極材料比傳統(tǒng)石墨材料具有更高的理論比容量，但也面臨巨大的挑戰(zhàn)，高理論比容量硅基負極材料面臨300％的體積膨脹和較差的導電性，嚴重影響了硅基負極材料的廣泛應用。

發(fā)明內(nèi)容

基于背景技術存在的技術問題，本發(fā)明提出了一種氮化硼納米管/硅/碳納米管復合材料及制備、應用，有效改善鋰離子電池負極材料的體積膨脹缺陷和導電性，能顯著改善循環(huán)及倍率性能，采用氮化硼納米管/硅/碳納米管復合材料制得的鋰離子電池具有高容量、長循環(huán)壽命。

本發(fā)明提出的一種氮化硼納米管/硅/碳納米管復合材料，包括硅材料、氮化硼納米管及碳納米管，其中硅材料的含量為10～90wt％，氮化硼納米管與碳納米管含量之和為10～90wt％。

優(yōu)選地，氮化硼納米管為單壁氮化硼納米管或多壁氮化硼納米管；優(yōu)選地，硅材料為納米硅粉、硅納米線、硅納米管或硅納米空心球；優(yōu)選地，碳納米管為單壁碳納米管或多壁碳納米管。

本發(fā)明還提出的一種氮化硼納米管/硅/碳納米管復合材料的制備方法，包括如下步驟：將氮化硼納米管加入氨水溶液中，超聲振蕩，清洗，干燥得到預處理氮化硼納米管；將預處理氮化硼納米管、碳納米管加至N-甲基吡咯烷酮中，超聲振蕩，再加入硅材料，超聲振蕩，干燥，烘干，研磨得到氮化硼納米管/硅/碳納米管復合材料。

優(yōu)選地，所述碳納米管的長度為5～30μm，管徑為10～20nm。

優(yōu)選地，所述硅材料的平均粒徑為30～120nm。

優(yōu)選地，所述干燥采用噴霧干燥法。

優(yōu)選地，所述烘干過程中，烘干溫度為98-102℃，烘干時間為14-16h。

本發(fā)明提出的上述氮化硼納米管/硅/碳納米管復合材料在制備鋰離子電池負極材料中的應用。所得鋰離子電池具備高容量、良好倍率性能和循環(huán)性能的特性。

本發(fā)明的有益技術效果：