[發明專利]一種導電共聚物包覆Si的鋰離子電池負極材料及其制法

在審

• 申請號: 201910998799.0
• 申請日: 2019-10-21
• 公開（公告）號: CN110797523A
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 馬劉東
• 申請（專利權）人: 馬劉東
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
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• 代理人: 暫無信息

本發明涉及鋰離子負極材料技術領域，且公開了一種導電共聚物包覆Si的鋰離子電池負極材料及其制法，包括以下配方原料：羧基化碳納米管、縮合劑、納米硅微粉、聚(苯胺?水楊酸)嵌段共聚物。該一種導電共聚物包覆Si的鋰離子電池負極材料及其制法，納米Si顆粒均勻地負載在碳納米管上，形成更多的活性位點供Li⁺嵌入，聚(苯胺?水楊酸)嵌段共聚物包覆住納米Si顆粒，避免了電解液與納米Si的直接接觸，為納米Si體積膨脹和收縮提供了緩沖空間，避免了負極材料的結構損耗，聚(苯胺?水楊酸)嵌段共聚物良好的導電性，在納米Si顆粒和碳納米管之間形成了網絡導電界面，為電池充放電過程中Li⁺和電子提供導電通路。

技術領域

本發明涉及鋰離子負極材料技術領域，具體為一種導電共聚物包覆Si的鋰離子電池負極材料及其制法。

背景技術

鋰離子電池是一種可充電的二次電池，主要是通過鋰離子在正極和負極之間移動來工作，在充放電過程中，鋰離子在正負電極之間往返嵌入和脫嵌，實現鋰離子的遷移和傳輸過程，當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子脫離正極，經過電解液嵌入負極的微孔中，嵌入的鋰離子越多，電池的充電容量越高，當電池進行放電過程中，嵌在負極微孔結構中的鋰離子脫出，又經過電解質嵌入正極，嵌入正極的鋰離子越多，放電容量就越。

鋰離子電池具有能量密度大、輸出電壓高、循環性能穩定、充電效率高等優點，是一種污染非常小的綠色電池，鋰離子電池由正極、負極、隔膜、電解液、電池外殼等組成，其中負極材料對鋰離子電池的電化學性能有著很大的影響，目前鋰離子電池負極材料主要有碳負極材料、含鋰過渡金屬氮化物負極材料、合金類負極材料、納米氧化物材料、硅基負極材料等。

硅基負極材料具有低嵌鋰電位、低原子質量、高能量密度等優點，目前主要是通過對單質硅的改性，如硅的合金化、硅的多孔化以及硅的納米化來制備硅基負極材料，然而由于單質硅的導電性和電化學性能較差，抑制了鋰離子和電子在負極材料的脫嵌過程，降低了鋰離子電池的電容量和能量密度，并且硅基負極材料在嵌脫鋰循環過程中，會出現明顯的體積膨脹和收縮現象，容易導致負極材料的基體崩潰和粉化，降低了負極材料的倍率性能和鋰離子電池的電化學循環穩定性。

發明內容

(一)解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供了一種導電共聚物包覆Si的鋰離子電池負極材料及其制法，解決了現有的硅基負極材料的導電性和電化學性能較差的問題，同時解決了硅基負極材料在充放電過程中，自身容易體積膨脹和收縮，導致負極材料的基體崩潰和粉化的問題。

(二)技術方案

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種導電共聚物包覆Si的鋰離子電池負極材料及其制法，包括以下按重量份數計的配方原料：10-18份羧基化碳納米管、1-3份縮合劑、5-8份納米硅微粉、71-84份聚(苯胺-水楊酸)嵌段共聚物。

優選的，所述羧基化碳納米管為羧基化多壁碳納米管，尺寸規格為長度10-30um，外徑≤8nm，活性羧基含量約為3.8％。

優選的，所述縮合劑二環己基碳二亞胺。

優選的，所述納米硅微粉為球形單質納米Si，直徑為50-300nm。

優選的，所述聚(苯胺-水楊酸)嵌段共聚物制備方法包括以下步驟：

(1)配制0.6-0.8mol/L的硫酸溶液作為電解質，工作電極為玻碳電極，對電極為Pt電極，參比電極為Ag/AgCl電極，依次向電解質中加入適量的2-甲氧基苯胺、4-氨基水楊酸和十二烷基硫酸鈉，攪拌均勻后進行采用循環伏安法，在800-820mv的恒電流下進行電化學沉積法，掃描速率為40-45mV/s電化學共聚掃描圈數為8-10圈。

(2)將玻碳電極上產生的共聚物使用蒸餾水洗滌干凈，并充分干燥，制備得到聚(苯胺-水楊酸)嵌段共聚物。