[发明专利]一种自修复水凝胶、硅基负极材料及其制备方法和锂电池

说明书

本发明实施例涉及一种自修复水凝胶、硅基负极材料及其制备方法和锂电池，所述硅基负极材料包括：90wt％～97wt％的硅基材料或者硅基/石墨混合材料、1wt％～6wt％的自修复水凝胶、0.01wt％～1wt％的单壁碳纳米管、0.1wt％～2wt％的导电炭黑和0.5wt％～2wt％的粘结剂；其中，所述自修复水凝胶为氧化石墨烯GO和分子量大于10000的聚丙烯酰胺PAM共聚形成的GO‑PAM复合水凝胶；所述自修复水凝胶在所述硅基材料或者硅基/石墨混合材料表面形成包覆结构。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种自修复水凝胶、硅基负极材料及其制备方法和锂电池。

背景技术

目前，商业化的锂离子二次电池负极材料多为石墨类材料，而石墨负极在全电池中的克容量发挥已经达到355mAh/g，其应用已经接近极限。硅基负极材料由于丰富的储量和超高的理论比容量正逐渐成为电池企业和锂电材料改善负极的最佳选择，是最具有潜力的下一代锂离子电池负极材料之一。

但硅基负极材料在实际使用过程中也存在较为明显的缺点，主要表现在：电池的充放电过程中会引起硅体积的严重膨胀，巨大的体积效应导致活性物质层与铜集流体层的脱落，从而失去电子导电性；另外，硅基负材料的膨胀收缩，会导致活性物质之间产生空隙，随着循环的进行活性物质的空隙密度增加，宽度增大，使得电子传输变差，电化学极化增加，电池性能下降。这些因素制约了硅在负极领域的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种自修复水凝胶、硅基负极材料及其制备方法和锂电池，通过在硅基负极材料中加入自修复水凝胶，能够有效提升硅基负极材料的力学性能和充放电的循环稳定性。

为实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种锂离子电池的硅基负极材料，所述硅基负极材料包括：90wt％～97wt％的硅基材料或者硅基/石墨混合材料、1wt％～6wt％的自修复水凝胶、0.01wt％～1wt％的单壁碳纳米管、0.1wt％～2wt％的导电炭黑和0.5wt％～2wt％的粘结剂；

其中，所述自修复水凝胶为氧化石墨烯GO和分子量大于10000的聚丙烯酰胺PAM共聚形成的GO-PAM复合水凝胶；所述自修复水凝胶在所述硅基材料或者硅基/石墨混合材料表面形成包覆结构。

优选的，所述硅基材料包括：氧化亚硅和/或微米级硅粉；

所述硅基/石墨混合材料包括：氧化亚硅包覆石墨、纳米硅包覆石墨或纳米硅合金包覆石墨中的至少一种；

所述石墨为人造石墨和/或天然石墨；

所述导电剂包括：乙炔黑，科琴黑，导电炭黑，碳纳米管或者碳纤维中的至少一种；

所述粘结剂包括：聚丙烯酸、聚乙烯醇、海藻酸钠、环糊精、羧甲基纤维素钠或丁苯橡胶中的至少一种。

优选的，所述导电炭黑的粒径为0.1-2μm；

所述单壁碳纳米管的管径为0.6-10nm，管长为5-30μm。

优选的，所述硅碳负极材料为浆料。

进一步优选的，所述浆料中还包括水。

优选的，所述聚丙烯酰胺聚合物的单体中至少含有3个羟基。

第二方面，本发明实施例提供了一种用于锂离子电池硅基负极材料的自修复水凝胶，所述自修复水凝胶为氧化石墨烯GO和分子量大于10000的聚丙烯酰胺PAM共聚形成的GO-PAM复合水凝胶。

第三方面，本发明实施例提供了一种上述第一方面所述的硅基负极材料的制备方法；

所述制备方法包括：

步骤1：将自修复水凝胶溶解于水中；其中，所述自修复水凝胶为氧化石墨烯GO和分子量大于10000的聚丙烯酰胺PAM共聚形成的GO-PAM复合水凝胶；