[發明專利]高比容量負極模塑料及其制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201811284312.4
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109546104A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 耿曉坤;李軍;秦成強
• 申請（專利權）人: 江蘇常陽科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;C08F283/01;C08F283/10
• 代理公司: 常州市夏成專利事務所(普通合伙) 32233
• 代理人: 萬花

本發明涉及鋰電子負極材料技術領域，尤其是一種高比容量負極模塑料及其制備方法及其應用。一種高比容量負極模塑料，按照重量百分比包括如下成分：基體樹脂15?60wt%、不飽和單體0?30 wt%、填料5?80 wt%、引發劑0.5?1 wt%、流變調節劑0.1?1 wt%、助劑0.5?3 wt%以及增強纖維0?30 wt%。這種高比容量負極模塑料用作鋰離子電池負極材料，其比容量高，各種填料分散均勻，強度高，可作為高容量的鋰離子電池負極材料，以解決現有鋰離子電池比容量低，高比容量電池制備方法復雜、條件苛刻、成本昂貴等技術問題。

技術領域

本發明涉及鋰電子負極材料技術領域，尤其是一種高比容量負極模塑料及其制備方法及其應用。

背景技術

鋰離子電池具有高容量、無記憶效應、快速可逆充放電和高庫倫效率等優點，得到了廣泛應用，目前普遍使用石墨做電池負極材料，但其比容量低，即使做到理論比容量，仍無法滿足需求，而硅是目前已知比容量（4200mAh/g）最高的鋰離子電池負極材料，因此，制備硅或硅碳復合負極材料是一個重要的研究方向。但是硅材料作為鋰電池負極材料應用目前存在一些問題，最主要的問題是硅在反應中會出現體積膨脹的問題，通過理論計算和實驗可以證明，Si脫鋰嵌鋰都會引起體積變化，這個體積變化是300%，所以不管要做成什么樣的材料，微觀上硅的原子尺度上它的膨脹是300%。因此設計材料時，一定要考慮體積變化所帶來的不利影響。而目前的鋰電池材料本身的強度較低，無法抵抗體積變化所帶來的力學影響，通過一系列的研究可以證明，材料會裂開，造成嚴重的脫落。

目前硅碳復合材料主要有包覆型和嵌入型兩種，但這些制備硅碳復合材料的方法，不僅條件苛刻、成本昂貴、步驟復雜，而且污染嚴重、涉及很多有毒物質、對人危害性大，無法進行大規模的生產。

現有專利和文獻上制備高比容量鋰電池負極材料的方法都具有一定的問題，例如專利“一種硅碳負極復合材料的制備方法”（CN201710064083.4）中，首先采用了水熱法在硅的表面包覆碳，再將包覆好的材料在惰性氣氛中煅燒，然后將煅燒后的材料分散在混合溶液中，高速分散后進行干燥處理，干燥后的材料再用腐蝕液進行腐蝕處理。這種方法產率低，方法繁瑣，安全性差，即使通過這一系列步驟制備出來的多孔硅碳復合材料，孔道結構雜亂，在循環過程中仍會粉化，無法進行量產。文獻“Novel design of ultra-fast Sianodes for Li-ion batteries:crystalline Si@amorphous Si encapsulating hardcarbon.”（Nanoscale6.18（2014）：10604-10610），采用了化學氣相沉積制備硅碳復合材料，先利用硅碳氣體在硬碳顆粒的表面沉積一層Si，然后用900℃的溫度作為熱處理條件，通乙炔氣體進行碳包覆，這種方法生產成本高，無法大規模生產，過程中利用SiH₄作為氣相沉積的硅源，極易被氧化，與空氣接觸的話容易發生自燃，存在爆炸的危險，安全隱患明顯。文獻“One-Step Synthesis of Si@C Nanoparticles by Laser Pyrolysisi:High CapacityAnode Material for Lithium-Ion Batteries”（ACSAppl.Mater.Interfaces 2015,7（12）：6637-6644）利用激光對硅進行處理實現包覆，需要用到特殊的激光處理設備，還要使用乙炔氣體，無論從設備還是工藝上講，都無法實現大規模生產的目標。專利“一種蜂窩狀硅碳復合材料、其制備方法和應用”（CN201711237620.7）中，在熔融條件下發生鎂熱反應，采用一步法制備得到具有蜂窩狀的硅碳復合材料，其真實密度小，提高了負極材料的質量比容量，而無法提高材料的體積比容量，制備重復性差，工藝要求高，離量產要求還很遠。

發明內容

為了克服現有的負極材料存在的不足，本發明提供了一種高比容量負極模塑料及其制備方法及其應用。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種高比容量負極模塑料，按照重量百分比包括如下成分：