[發(fā)明專利]一種納米硅負極材料及其制備方法

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• 申請日: 2021-06-02
• 公開（公告）號: CN115440942A
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發(fā)明（設計）人: 徐哲;解惠東;邵成蒙
• 申請（專利權）人: 浙江中科玖源新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 合肥金律專利代理事務所(普通合伙) 34184
• 代理人: 楊霞

本發(fā)明提出了一種納米硅負極材料及其制備方法，該納米硅負極材料的制備方法包括：將包括含苯并咪唑基團的二胺與二酐進行縮聚反應后，再與鹵代烴進行取代反應，得到聚酰胺酸鹽；將上述聚酰胺酸鹽與納米硅粉進行混合后，再加熱進行亞胺化反應，即得到所述納米硅負極材料。本發(fā)明提出的一種納米硅負極材料及其制備方法，通過用聚合物包覆在納米硅粉表面，可防止硅基活性材料開裂甚至粉化，提高了鋰離子電池用硅負極材料的循環(huán)穩(wěn)定性、儲電量。

技術領域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種納米硅負極材料及其制備方法。

背景技術

近年來，便攜式電子設備、電動工具以及電動汽車技術的高速發(fā)展對鋰離子電池的性能提出了更高的要求，從而激發(fā)了新一代高比容量、長循環(huán)壽命的鋰離子電池的研究。

與目前商用的碳類負極材料相比，硅負極材料具有更高的比容量與能量密度，因此被認為是有潛力的下一代鋰離子電池負極材料。但是在實際使用中，硅負極材料在嵌脫鋰過程會產(chǎn)生劇烈的體積變化，引起材料粉化、涂層從集流體表面剝落及固體電解質(zhì)相界面膜的反復破裂與生成，材料的循環(huán)穩(wěn)定性不高，電池壽命較短。

發(fā)明內(nèi)容

基于背景技術存在的技術問題，本發(fā)明提出了一種納米硅負極材料及其制備方法，通過用聚合物包覆在納米硅粉表面，可防止硅基活性材料開裂甚至粉化，提高了鋰離子電池用硅負極材料的循環(huán)穩(wěn)定性、儲電量。

本發(fā)明提出的一種納米硅負極材料的制備方法，包括如下步驟：

S1、將包括含苯并咪唑基團的二胺與二酐進行縮聚反應后，再與鹵代烴進行取代反應，得到聚酰胺酸鹽；

S2、將上述聚酰胺酸鹽與納米硅粉進行混合后，再加熱進行亞胺化反應，即得到所述納米硅負極材料。

優(yōu)選地，所述含苯并咪唑基團的二胺為如下結(jié)構式所示：

優(yōu)選地，步驟S1中，還包括其他二胺與二酐進行縮聚反應，所述其他二胺為如下結(jié)構式所示：

優(yōu)選地，所述其他二胺的用量是所述含苯并咪唑基團的二胺摩爾量的20-80％。

優(yōu)選地，所述二酐為如下結(jié)構式所示：

優(yōu)選地，所述鹵代烴包括鹵代烷烴或鹵代芳烴，鹵代烷烴或鹵代芳烴為如下結(jié)構式所示：

優(yōu)選地，所述納米硅粉的粒徑為50-200nm；

優(yōu)選地，所述聚酰胺酸鹽的用量是納米硅粉質(zhì)量的1-5％。

優(yōu)選地，步驟S2中，所述混合的溫度為70-90℃，時間為1-3h。

優(yōu)選地，步驟S3中，所述亞胺化反應的溫度為100-300℃，時間為1-3h。

本發(fā)明還提出一種納米硅負極材料，是由上述制備方法制備得到。

優(yōu)選地，所述納米硅負極材料包括納米硅粉和包裹在納米硅粉表面的聚合物層。

本發(fā)明中，所述納米硅負極材料是通過將包括含苯并咪唑基團的二胺與二酐進行縮聚反應后，所得聚酰胺酸分子鏈中由于含有咪唑基團的結(jié)構，其能夠與鹵代烴進行取代反應，得到具有季銨鹽結(jié)構的聚酰胺酸鹽。該聚酰胺酸鹽能夠與納米硅粉顆粒形成極強的分子間親和作用，經(jīng)過亞胺化反應后即可以在硅顆粒表面有效包覆上含咪唑結(jié)構的聚酰亞胺。該聚酰亞胺包覆層具有強韌性能，當包覆在硅顆粒表面時，將更好地緩沖硅顆粒在脫嵌鋰過程中的體積變化，避免活性材料出現(xiàn)裂紋，從而防止鋰離子的不可逆消耗。

具體實施方式