[發明專利]一種基于碳納米管液相包覆的硅碳復合材料

在審

• 申請號: 202111380783.7
• 申請日: 2021-11-20
• 公開（公告）號: CN114335452A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 趙玲敏;楊紹斌
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京盛凡佳華專利代理事務所(普通合伙) 11947
• 代理人: 陳文麗

本發明提供一種基于碳納米管液相包覆的硅碳復合材料，屬于鋰電材料領域。采用一定比例的瀝青，制備出硅碳復合材料，硅碳復合材料進行液相包覆合成了Si/C/CNTs復合材料，碳納米管具有較寬的饅頭峰屬于無定型碳，直徑比硅碳復合材料小的多，呈現細絲狀，與Si/C復合材料包覆后分散較均勻，附著在復合材料表面和縫隙中，結構比較蓬松，隨著CNTs含量的減少，復合材料的比表面積、孔體積和平均孔徑逐漸減少。

技術領域

本發明提供一種基于碳納米管液相包覆的硅碳復合材料，屬于鋰電材料領域。

背景技術

目前，鋰離子電池根據市場需求可將其設計制作成各種形狀，其中有圓柱形、方形、紐扣式以及薄膜形四種類型，無論是何種鋰離子電池，主要由負極材料、正極材料、電解質和隔膜四個部分組成，正極材料一般采用鋰的氧化物，如LiMO2(M＝Co，Ni，Mn)、LiMn2O4、LiFePO4等，負極一般采用石墨類材料，隔膜一般由多孔聚合物構成(聚丙烯和聚乙烯)，其作用是將正負極材料隔開以防止電極短路，電解液是鋰離子傳輸的載體，通常由有機碳酸酯作為溶劑和鋰鹽(LiPF4、LiBF4)作為溶質組成，在鋰離子電池中，正極材料是鋁箔(高電位下才發生反應)，將負極材料是粘在銅箔上的(低電位下才發生反應)，現有的鋰電池原料存在不同的問題，尤其是負極材料的選擇，對電化學性能影響及其重要。

發明內容

本發明一種基于碳納米管液相包覆的硅碳復合材料是這樣實現的，本發明一種基于碳納米管液相包覆的硅碳復合材料：

步驟1)采用一定比例的瀝青，制備出硅碳復合材料；

步驟2)通過對上述獲得的硅碳復合材料進行液相包覆合成了Si/C/CNTs復合材料；

所述步驟1)中以瀝青為碳源，粒度為3-5μm，固定碳含量為41％。

所述固定碳含量測試方法為：

將1g瀝青放入坩堝中并置于管式爐中，在氬氣的保護下，將爐溫以10℃/min的升溫速率提高到800℃，保持2h，然后冷卻至室溫，計算含碳量的的百分比；

所述步驟1)分別量取0.5g的硅納米管粉末、0.064g瀝青、150ml四氫呋喃溶液放入燒杯中，然后放置60℃恒溫水浴鍋中攪拌直至四氫呋喃溶液會發完全，得到瀝青包覆的硅納米管；

然后將瀝青包覆的硅納米管放在坩堝中并將其置于管式爐中。

管式爐內采用氬氣對材料進行保護，以5℃/min的升溫速度升溫至800℃保溫2h進行炭化，然后將管式爐緩慢冷卻至室溫，最終得到納米管Si/C復合材料，將此最終產物命名為Si/C-5％。

然后重復上述實驗，分別制備碳含量為10％、15％、20％的納米管Si/C復合材料。將其分別命名為Si/C-10％、Si/C-15％、Si/C-20％，并將其分別研磨過200目篩子，得到最終用于鋰離子電池的硅碳負極材料。

所述步驟2)將納米管Si/C-15％復合材料0.5g，以及十六烷甲基溴化銨0.02g放入60ml燒杯中并置于磁力攪拌器上攪拌1h，得到混合均勻的溶液；然后稱取2.5g濃度為3.9％的碳納米管漿料放入150ml去離子水的燒杯中，將燒杯放入超聲器中超聲震蕩5h得到足夠分散碳納米管。將足夠分散的碳納米管分別倒入混合均勻的溶液中繼續磁力攪拌2h，使碳納米管與Si/C-5％復合材料均勻混合，然后放入反應釜中置于100℃鼓風烘干箱中加熱1h，待其冷卻后對其進行抽濾，然后將其放入60℃鼓風烘干箱中烘干得到固體混合物，將此最終產物命名為Si/C/CNTs-5:1，然后重復上述實驗，分別制備碳納米Si/C/CNTs-10:1、Si/C/CNTs-10:1、Si/C/CNTs-15:1、Si/C/CNTs-20:1復合材料。

有益效果：