[發(fā)明專利]凝膠型硅基負極材料及其制備方法和應用以及鋰離子電池

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• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN114430041A
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設計）人: 孫賽;張絲雨;高煥新;董文芊;張同寶
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/38;H01M10/0525;H01M10/058;H01M10/42;C08G61/12;C08G73/02;C08G73/06
• 代理公司: 北京至臻永信知識產權代理有限公司 11568
• 代理人: 張寶香;彭曉玲

1.一種凝膠型硅基負極材料，其特征在于，所述硅基負極材料包括導電聚合物凝膠和粉體硅源，其中導電聚合物凝膠為三維網狀結構，粉體硅源表面被導電聚合物凝膠包覆且分散在導電聚合物凝膠的三維網狀結構的骨架中。

2.根據權利要求1所述的硅基負極材料，其特征在于，所述的導電聚合物為有機酸摻雜的導電聚合物；所述有機酸選自植酸、檸檬酸、丁二酸、酒石酸中任意一種或多種。

3.根據權利要求2所述的硅基負極材料，其特征在于，所述有機酸摻雜量，使有機酸與導電聚合物所用單體的摩爾比1:2-10。

4.根據權利要求1所述的硅基負極材料，其特征在于，所述粉體硅源與所述導電聚合物以R(O)-O-Si鍵結合。

5.根據權利要求1所述的硅基負極材料，其特征在于，所述硅基負極材料還包括添加劑，所述添加劑選自天然石墨、人造石墨、碳納米管、炭黑中的任一種或多種。

6.根據權利要求1或5所述的硅基負極材料，其特征在于，以所述硅基負極材料的總質量為基準，所述粉體硅源的含量為5％-75％，所述導電聚合物凝膠以導電聚合物計的含量為5％-95％，所述添加劑的含量為0-50％；

優(yōu)選地，所述硅基負極材料的總質量為基準，所述硅源的含量為5％-50％，所述導電聚合物凝膠以導電聚合物計的含量為5％-65％，所述添加劑的含量為30％-50％。

7.根據權利要求1所述的硅基負極材料，其特征在于，所述粉體硅源的中值粒徑為0.05-5.0μm；和/或，所述導電聚合物為聚苯胺、聚苯胺衍生物、聚噻吩、聚噻吩衍生物、聚吡咯、聚吡咯衍生物中任意一種或多種。

8.權利要求1-7任一所述硅基負極材料的制備方法，包括：

導電聚合物在粉體硅源分散液中在超聲條件下進行原位聚合的步驟。

9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述硅基負極材料的制備方法，具體包括：

(1)將用于合成導電聚合物的單體、有機酸、粉體硅源混合，得到混合物A；

(2)將催化劑制成溶液B；

(3)將混合物A與溶液B混合均勻后，在超聲條件下進行聚合反應，得到粘稠漿料，經干燥，得到凝膠型硅基負極材料。

10.根據權利要求9所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述單體為苯胺、苯胺衍生物、噻吩、噻吩衍生物、吡咯、吡咯衍生物中的至少一種；

和/或，步驟(1)所述粉體硅源為單質硅、硅氧化合物、硅合金中的至少一種；

和/或，步驟(2)所述催化劑為過硫酸銨、過氧化氫、三氯化鐵、過氧化苯甲酰、硫酸鈰銨、過硫酸鈉、硫酸鈰中至少一種；

和/或，所述催化劑用量為導電聚合物單體摩爾量的0.1-0.5倍；

和/或，所述有機酸選自植酸、檸檬酸、丁二酸、酒石酸中任意一種或多種；所述有機酸與聚合物單體的摩爾比1:2-10。

11.根據權利要求9所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)加入反應溶劑，所述反應助溶劑選自水、醇類、酰胺類、酮類、醚類中的任意一種或多種。

12.根據權利要求8或9所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述的聚合反應條件如下：反應溫度為20-40℃，超聲頻率20KHz-40KHz，超聲時間1min-60min。

13.權利要求1-7任一所述硅基負極材料或權利要求8-13任一所述方法制備的硅基負極材料在鋰離子電池中的應用。

14.一種鋰離子電池，包括權利要求1-7任一所述硅基負極材料或權利要求8-13任一所述方法制備的硅基負極材料、含有鋰元素的正極材料、隔膜和電解液。