[發明專利]一種自立式無粘結劑的柔性SiO2

有效

• 申請號: 202010215964.3
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111463422B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 楊艷玲;孫瑜;侯小江;陳志剛;朱建鋒;鄒鑫鑫;陳華軍;鎖國權;畢雅欣;和茹梅;馮雷;葉曉慧;張荔
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司 61202
• 代理人: 劉華

本發明公開了一種自立式無粘結劑的柔性SiO₂@C復合材料的制備方法和應用，采用一步水熱法來制備自立式無粘結劑的柔性SiO₂@C復合材料，合成的工藝簡單，易操作。而且，選用碳布作為碳基底，材料價廉易得。另外，納米級的SiO₂顆粒表面有更多的鋰離子接觸位點，可以與鋰充分反應，碳布作為SiO₂顆粒載體，使得納米顆粒均勻分布在碳纖維表面，解緩了納米顆粒易團聚的問題，而且碳纖維可以形成導電碳纖維網絡，易于傳輸電子，使得電子在整個柔性基底上暢通無阻。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種自立式無粘結劑的柔性SiO₂@C復合材料的制備方法和應用。

背景技術

隨著便攜式設備的快速發展，比如手機和筆記本電腦，人們對高容量和高能量密度的鋰離子電池要求越來越高。然而，鋰離子電池中石墨陽極的可逆容量僅為~372 mA hg^-1。不幸的是，使用鋰金屬作為電池材料陽極極為困難，因為在鋰陽極表面容易形成樹枝狀晶體。近年來，研究者對開發新的高容量陽極材料（例如合金和碳基復合材料）具有極大的興趣。眾所周知，一些元素可以與鋰發生電化學反應以形成鋰合金并產生高容量。在這些元素中，硅基合金被認為是很有前途的替代品，因為與Li/Li⁺相比，硅基合金具有較高的理論容量（Li_4.4Si為4200 mA h g^-1）和低插入電位。但是，在鋰的嵌入和脫出過程中會發生極大的體積變化，這會導致活性物質的粉碎或碎裂，從而硅基電極顯示出快速的容量衰減。目前研究人員提出了幾種策略來提高硅基材料緩沖大的體積變化的能力，以提高其循環性能。其中最有前途的方法之一是將硅基材料與碳材料復合，碳可以充當結構緩沖劑和電化學活性材料。

SiO₂作為硅基材料的典型代表，SiO₂納米粒子可以與Li反應，可逆容量約為4000mAh/g。然而，大的體積膨脹會導致顆粒破裂和不穩定固體-電解質中間相（SEI膜）的增長，反過來，會導致SiO₂鋰離子陽極的快速容量損失。因此，選擇一種合適的電池電極材料對開發綠色環保、結構穩定、電化學平臺合適、比容量大的新型鋰離子電池具有十分重要的意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對現有技術中的不足，提供一種自立式無粘結劑的柔性SiO₂@C復合材料的制備方法和應用，解緩SiO₂在充放電過程中體積變化較大，導電性差，電極穩定性差的缺陷。

本發明采用以下技術方案：

與現有技術相比，本發明至少具有以下有益效果：

本發明提供的一種自立式無粘結劑的柔性SiO₂@C復合材料的制備方法和應用，采用一步水熱法來制備自立式無粘結劑的柔性SiO₂@C復合材料，合成工藝簡單，易操作。此外，選用碳布作為碳基底，材料價廉易得。

進一步的，納米級的SiO₂顆粒有更多的鋰離子接觸位點，可以與鋰充分反應。

進一步的，碳布作為SiO₂顆粒載體，使得納米顆粒均勻分布在碳纖維表面，解緩了納米顆粒易團聚的問題。

進一步的，碳纖維可以形成導電碳纖維網絡，易于傳輸電子，使得電子在整個柔性基底上暢通無阻。

本發明一種自立式無粘結劑的柔性SiO₂@C復合材料，合成的SiO₂顆粒尺寸較小，結晶性強，有更多的鋰離子接觸位點。另外，碳布可以作為導電碳網絡，有利于電子的傳輸。