[發(fā)明專利]鋰離子電池硅碳-碳納米管復(fù)合微球負(fù)極材料的制備方法

有效

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• 申請日: 2019-05-14
• 公開（公告）號: CN110137466B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李平;何冬林;王天穎;趙汪;安富強(qiáng);曲選輝
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/38;H01M10/0525;C01B32/158
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明提供了一種鋰離子電池硅碳?碳納米管復(fù)合微球負(fù)極材料的制備方法，屬于鋰離子電池負(fù)極材料領(lǐng)域。具體制備步驟如下：將納米氧化硅與碳納米管混合后制備硅?碳納米管復(fù)合微球；然后通過鎂熱還原得到多孔的硅?碳納米管復(fù)合微球；然后再用鹽酸多巴胺包覆一層有機(jī)碳源，通過熱解便得到碳包覆的硅碳?碳納米管復(fù)合微球負(fù)極材料。該復(fù)合負(fù)極材料以多孔納米硅為基體材料，多孔納米硅表面包覆碳層，碳納米管貫穿、交織的分布在微球內(nèi)部及表面構(gòu)成獨(dú)特的多級導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高材料的導(dǎo)電性，具有較高的比容量，進(jìn)而綜合提升材料的循環(huán)壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池負(fù)極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池硅碳-碳納米管復(fù)合微球負(fù)極材料的制備方法。

背景技術(shù)

隨著3C行業(yè)的快速發(fā)展，作為電力供給的鋰離子電池也成為極具前景的一個朝陽產(chǎn)業(yè)。鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長、自放電少、充電速度快及環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，是目前發(fā)展最快市場前景最好的二次電池。同時能源消耗日漸增加，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，因此環(huán)保無污染的新能源汽車受到了各國政府和企業(yè)的廣泛關(guān)注。動力電池作為電動汽車的核心部分，《中國制造2025》明確了動力電池的發(fā)展規(guī)劃：2020年，電池能量密度達(dá)到300Wh/kg；2025年，電池能量密度達(dá)到400Wh/kg。

要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，迫切需要開發(fā)出高能量密度鋰離子電池。目前，鋰離子電池普遍采用的石墨負(fù)極理論容量僅為372mAh/g，實(shí)際容量已經(jīng)接近極限，很難再有提高，難以滿足電動汽車對電池能量密度越來越高的需求。

硅的理論容量為4200mAh/g，是石墨容量的十余倍，是目前最具產(chǎn)業(yè)化前景的鋰離子電池負(fù)極材料。但是硅在充放電過程中的的體積變化高達(dá)300％，容易引起活性材料粉化、脫落，并最終導(dǎo)電池容量的快速衰減，進(jìn)一步限制了其商業(yè)化應(yīng)用。對硅進(jìn)行納米化，制備硅納米線，納米顆粒，納米空心球等特殊結(jié)構(gòu)，可大大抑制硅在充放電過程中的體積效應(yīng)，降低顆粒的粉化。但是納米材料的比表面積大，會引起嚴(yán)重的團(tuán)聚及低的振實(shí)密度，不利于工業(yè)化應(yīng)用。因此，制備低表面積、搞振實(shí)密度的硅基負(fù)極材料對硅的商業(yè)網(wǎng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制備具有高振實(shí)密度、低比表面積的鋰離子電池硅碳-碳納米管復(fù)合微球負(fù)極材料的制備方法，該方法制備的硅碳復(fù)合多孔微球負(fù)極材料具有較高的比容量和優(yōu)異的循環(huán)性能。

本發(fā)明提供了一種鋰離子電池硅碳-碳納米管復(fù)合微球負(fù)極材料的制備方法，所述硅碳-碳納米管復(fù)合微球負(fù)極材料由多孔硅、碳納米管和無定型碳三種材料通過特定的分布方式組合而成，多孔納米硅表面包覆碳層，碳包覆的多孔納米硅組裝成微米級的球形多孔硅，碳納米管貫穿、交織的分布在微球內(nèi)部及表面；所述多孔為微孔和介孔，所述硅碳微球?yàn)榱６葹?～50μm的微米球。具體制備步驟包括：

(1)親水SiO₂的合成：按照水與乙醇的體積比1：8配置乙醇溶液，然后加入氨水和正硅酸四乙酯，攪拌一定時間后即得到200～400nm的親水SiO₂；

(2)SiO₂-碳納米管復(fù)合微球制備：按照二氧化硅：水：油比例0.2～0.5g：5～10mL：30～40mL，將步驟1中的親水SiO₂加入去離子水中，再加入親水SiO₂1～20％的親水碳納米管，攪拌分散；將上述分散液滴加到含乳化劑的十八烯油相中，高速攪拌2～3min，98～100℃保溫3h，得到球心的SiO₂-碳納米管復(fù)合微球；

(3)硅-碳納米管復(fù)合微球制備：將步驟2得到SiO₂-碳納米管復(fù)合微球與氯化鉀按照質(zhì)量比1:21～30混合，再加入SiO₂質(zhì)量50％～100％的鎂粉，研磨混合，在氫氬混合氣保護(hù)下，升溫到600～800℃，保溫1～5h，冷卻后用酸清洗，干燥，得到硅-碳納米管復(fù)合多孔微球；