[发明专利]一种低膨胀硅基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种低膨胀硅基复合材料的制备方法，将纳米硅分散在碳源溶液中得到悬浮液A；将硅氧分散在碳源溶液中得到悬浮液B，将悬浮液A和悬浮液B同时注入到静电纺丝喷射管中，进行静电纺丝后，真空干燥，碳化得到。本发明制得材料呈双层凹陷结构，能降低膨胀，提升循环及其倍率性能。

技术领域

本发明属于二次电池材料技术领域，具体涉及一种低膨胀硅基复合材料的制备方法。

背景技术

硅基材料以其能量密度高，材料来源广泛等优点而应用于高能量密度锂离子电池，其目前市场化的硅基材料主要有硅氧碳(SiO_x-C)和硅碳(Si-C)两种类型材料，硅碳材料具有首次效率高、膨胀大、循环差的特点，适合应用于快充电池，硅氧材料具有循环性能好，阻抗大，首次效率低等特点，适合应用于长寿命电池。但是都无法直接满足锂离子电池对负极材料的高能量密度、快充长寿命的需求。而造成其硅碳膨胀大，循环差和硅氧阻抗大，首次效率低的原因之一是材料的膨胀大造成循环及其阻抗增加较快，进而影响倍率等性能。如果材料目前仅仅对硅碳或硅氧单独包覆改性无法满足市场对锂离子电池负极高能快充及其高首效的要求，因此需要开发特殊的包覆材料及开发新工艺，并发挥其硅碳与硅氧各自的优势降低膨胀，提升首次效率及提升循环性能。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点而提供的一种制得材料呈双层凹陷结构，能降低膨胀，提升循环及其倍率性能的低膨胀硅基复合材料的制备方法。

本发明的一种低膨胀硅基复合材料的制备方法，包括步骤如下：

(1)将纳米硅、分散剂、碳源分散于有机溶剂中，纳米硅：分散剂：碳源：有机溶剂质量比为100:0.5～2:1～10:500～2000，搅拌均匀制得悬浮液A；

(2)将硅氧、分散剂、碳源分散于有机溶剂中，硅氧：分散剂：碳源：有机溶剂质量比为100:0.5～2:1～10:500～2000，搅拌均匀制得悬浮液B；

(3)同时将悬浮液A和悬浮液B注入到螺旋喷射管中，内注射液为悬浮液A，外注射液为悬浮液B，进行静电纺丝，接收距离为10～20cm，电压为15～25kV，溶液流速恒定为0.5～1mL/L；80℃真空干燥24h，得到硅基前驱体材料；

(4)将硅基前驱体材料转移到管式炉中，在惰性气氛下进行煅烧，煅烧温度为800～1200℃，煅烧时间为1.0～6.0h，即得硅基复合材料。

上述的一种低膨胀硅基复合材料的制备方法，其中：所述步骤(1)中，碳源为淀粉、葡萄糖、柠檬酸、酚醛树脂或糠醛树脂中的一种。

上述的一种低膨胀硅基复合材料的制备方法，其中：所述步骤(2)中，碳源为聚丙烯酸PAA、聚四氟乙烯PTFE、聚酰亚胺PI、聚乙烯醇PVA或聚丙烯腈PAN中的一种。

上述的一种低膨胀硅基复合材料的制备方法，其中：所述步骤(1)和(2)中的分散剂为30％～70％羧甲基纤维素钠和30％～70％十二烷基硫酸钠组成的复合体。

上述的一种低膨胀硅基复合材料的制备方法，其中：所述步骤(1)和(2)中有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮，四氯化碳、环己烷或异丙醇中的一种。

本发明与现有技术相比，具有明显的有益效果，从以上技术方案可知：本发明分别在纳米硅，硅氧材料表面包覆两种不同的碳源，由于不同的碳源在碳化阶段收缩率不同，使其碳化后形成凹陷式结构，降低膨胀；在内核纳米硅表面包覆无定形碳和外壳硅氧材料表面包覆无定形碳，可以束缚内核的膨胀及其降低阻抗，并提升循环性能。这种曲面结构使得颗粒具有高机械强度，从而使得材料在极片中可获得高压实密度和振实密度。

附图说明

图1为实施例1制备出硅基复合材料的SEM图。

具体实施方式

实施例1：