[发明专利]棉絮状单质硅纳米线团/碳复合负极材料及制备方法和用途

说明书

本发明设计电池材料技术领域，涉及棉絮状单质硅纳米线团/碳复合负极材料及制备方法和用途，棉絮状单质硅纳米线团/碳复合负极材料，所述的单质硅纳米线团是用单质硅纳米线或/和单质硅纳米颗粒集结成的棉絮状结构，单质硅纳米线团的外表面及其空隙中包覆着导电碳材料或混合导电材料形成锂离子电池负极材料，所述的混合导电材料中至少有一种导电材料；制备方法是配制聚合物溶液，将聚合物溶液与棉絮状单质硅纳米线团均匀混合，再经过滤烘干、碳化、粉碎、过筛得到棉絮状单质硅纳米线团/碳复合负极材料，用于锂电池的电池负极，优点是：生产无污染，有防爆炸的内应力释放空间，可避免硅颗粒与电解液直接接触，减缓容量衰减速度，提高首次充放电效率、充放电容量和循环性能。

技术领域

本发明设计电池材料技术领域，具体涉及一种高容量，长循环稳定性好的棉絮状单质硅纳米线团/碳复合负极材料及其制备方法和用途。

背景技术

随着人口的急速膨胀和经济的高速发展，以锂离子电池为主要表现形式的电化学储能以其环境友好，循环寿命长，自放电小，能量密度高及高电压等特点受到极大关注和青睐，已在各类便携式电子产品中得到广泛应用，然而受到现有石墨负极材料储能机制及低容量的影响，目前商用锂离子电池难以满足新能源汽车动力电池等对高能量密度的使用需求，单质硅是已知理论容量最高的负极材料(4200mAh/g),这高于商用石墨负极(372mAh/g)。同时具有较丰富的地壳储量，与合适的工作电压，被认为是最具有潜力的高容量负极材料之首选材料。

然而，硅作为半导体材料，对锂离子和电子的传导能力差，且硅和锂合金化反应导致充放电过程中颗粒体积膨胀高达0-300％，极易导致电极结构破坏，电池容量衰减剧烈，以上问题严重限制了硅作为负极材料的规模化使用，将硅颗粒减少到纳米化尺寸控制于100nm以下。硅颗粒因随着颗粒纳米化后大幅降低硅的体积膨胀率，60nm纳米硅膨胀率约为0-55％以减少电极内部应力，并与导电碳材料复合已被证明可有效改善其电化学性能，也是目前高容量高性能硅负极材料研究所采取的主流方向。

现有技术制备纳米硅主要以一氧化硅、二氧化硅、四氯氢硅、氧化亚硅等化学反应还原来制取纳米级(100nm)以下纳米硅，其投入设备规模巨大，对环境污染大，其实验室小量试制可行，但到工业化批量生产带来许多技术瓶颈难题，根本无法得以实施工业化大批量生产。

全球新能源汽车现状是靠各国政府进行对车企补贴，采用鼓励政策来发展新能源汽车，但长期依靠政府财政补贴是不可行的。要解决新能源汽车的快速发展，首先必须解决汽车动力电池的能量密度提高，提高续航里程，使普通老百姓购买新能源汽车害怕一次充电无法行驶长距离路程得以解决，才能解决新能源汽车真正市场化快速发展，我国才能真正意义上成为新能源汽车制造强国。

本发明前的现有技术的中国专利公开号如下：CN106058207A(中国科学技术大学)、CN106252622A(贝特瑞)、CN104466185A(中国科学院深圳先进技术研究院)、CN104362311A(清华大学深圳研究院)、CN102509781A(上海交通大学)、CN103545493A(中南大学)、CN10331522A(中国科学院过程工程研究所)、CN102790204A(中国科学院宁波材料研究所)。

发明内容

本发明的目的是提供一种棉絮状单质硅纳米线团/碳复合负极材料及制备方法和用途。

本发明的目的是这样实现的：

一种棉絮状单质硅纳米线团/碳复合负极材料，所述的单质硅纳米线团是用单质硅纳米线集结成的棉絮状结构，单质硅纳米线团的外表面及其空隙中包覆着导电碳材料或混合导电材料形成锂离子电池负极材料，所述的混合导电材料中至少有一种导电材料。

上述的单质硅纳米线团是用单质硅纳米颗粒集结成的棉絮状结构，单质硅纳米线团的外表面及其空隙中包覆着导电碳材料或混合导电材料形成锂离子电池负极材料，所述的混合导电材料中至少有一种导电材料。