[發(fā)明專利]一種Si@C/ZnNb2

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010933821.6
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112086629B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王健;畢超奇;林少雄;蔡桂凡;王葉;梁棟棟;陳晨
• 申請（專利權(quán)）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;H01M4/38;H01M4/48;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525;D01F9/21
• 代理公司: 合肥市長遠(yuǎn)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34119
• 代理人: 干桂花

本發(fā)明公開了一種Si@C/ZnNb₂O₆負(fù)極復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用，涉及鋰離子電池負(fù)極材料技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：采用含造孔劑的紡絲液進(jìn)行靜電紡絲，在惰性保護(hù)氣氛中高溫煅燒，清洗，得多孔碳纖維；將軟模板、納米硅、鈮源、鋅源和多孔碳纖維混合后加入到無水乙醇中，進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，即得Si@C/ZnNb₂O₆復(fù)合材料。本發(fā)明制備的Si@C/ZnNb₂O₆負(fù)極復(fù)合材料，有效結(jié)合了金屬氧化物和碳材料的優(yōu)勢，不但提高了納米硅的導(dǎo)電性，同時提高了材料的活性位點(diǎn)，且能夠有效改善充放電過程中硅膨脹的問題，極大的提高了材料的循環(huán)性能和倍率性能，在50mA·g^?1電流密度下，首次放電容量為922.8mAh g^?1，經(jīng)過1000次循環(huán)后放電比容量為613.2mAh g^?1，容量保持率為66.45％，且制備工藝簡便。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子負(fù)極材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種Si@C/ZnNb₂O₆負(fù)極復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池由于其無記憶效應(yīng)、環(huán)境友好、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)成為了現(xiàn)今電動汽車動力電源的首選。負(fù)極材料作為電池的關(guān)鍵組成部分，提高其電化學(xué)性能對社會經(jīng)濟(jì)有促進(jìn)發(fā)展作用。目前碳材料是主要的商業(yè)化負(fù)極材料，但是它存在比容量低和安全性問題，所以研究出高比容量和安全性好的負(fù)極材料是重點(diǎn)研究方向。其中硅負(fù)極材料由于理論比容量高達(dá)4200mAh g^-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于商業(yè)化的石墨負(fù)極材料，已成為鋰離子電池負(fù)極材料研究的焦點(diǎn)。

雖然硅負(fù)極在容量上有很大的優(yōu)勢，但是因?yàn)槠湓诿?嵌鋰過程中會產(chǎn)生巨大的體積效應(yīng)，使得硅顆粒發(fā)生破裂甚至粉化，進(jìn)而造成硅電極上的活性物質(zhì)粉化剝落，從而導(dǎo)致電池容量急劇衰減甚至完全失效，大大限制了其應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種Si@C/ZnNb₂O₆負(fù)極復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用，其有效結(jié)合了金屬氧化物和碳材料的優(yōu)勢，不但提高了納米硅的導(dǎo)電性，同時提高了材料的活性位點(diǎn)，且能夠有效改善充放電過程中硅膨脹的問題。

本發(fā)明提出的一種Si@C/ZnNb₂O₆負(fù)極復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、采用含造孔劑的紡絲液進(jìn)行靜電紡絲，在惰性保護(hù)氣氛中高溫煅燒，清洗，得多孔碳纖維；

S2、將軟模板、納米硅、鈮源、鋅源和多孔碳纖維混合后加入到無水乙醇中，進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，即得Si@C/ZnNb₂O₆復(fù)合材料。

優(yōu)選地，紡絲液由溶質(zhì)聚乙烯吡咯烷酮和溶劑N,N-二甲基甲酰胺組成；優(yōu)選地，造孔劑為碳酸氫鈉、硝酸鈷中的一種或組合。

優(yōu)選地，紡絲液中溶質(zhì)和溶劑的質(zhì)量體積比g/mL為1～3：10～30；優(yōu)選地，造孔劑和聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為1～2：1～3。

優(yōu)選地，靜電紡絲用的紡絲設(shè)備電壓控制在10～20kV，針與滾筒收集器之間的距離在10～15cm，紡絲液的流速在1.0～1.5mL/h，針頭直徑為1～1.5mm，滾筒收集器轉(zhuǎn)速在0.4～0.8m/min。

優(yōu)選地，高溫煅燒是先在200～300℃下煅燒，保溫時間為2h，然后升溫至 800～900℃，保溫時間為1～3h；優(yōu)選地，升溫速率為3～5℃/min。

在本發(fā)明中，S1中高溫煅燒后清洗，可采用高速離心清洗方式，清洗試劑可選擇去離子水或HNO₃溶液。

優(yōu)選地，軟模板為P123、F127中的一種或組合；優(yōu)選地，鋅源為氯化鋅、硝酸鋅中的一種或組合；優(yōu)選地，鈮源為中五氯化鈮、草酸鈮中的一種或組合。