[发明专利]一种含硅复合材料及其制备方法和用途有效
申请号: | 200610170387.0 | 申请日: | 2006-12-29 |
公开(公告)号: | CN101210112A | 公开(公告)日: | 2008-07-02 |
发明(设计)人: | 梁善火;沈菊林;肖峰 | 申请(专利权)人: | 比亚迪股份有限公司 |
主分类号: | C08L101/12 | 分类号: | C08L101/12;C08K7/00;C09C3/10;H01M4/36;C08K3/04;C08K3/32;C08K3/34;C08L79/02;C08L65/00 |
代理公司: | 北京润平知识产权代理有限公司 | 代理人: | 王凤桐;顾映芬 |
地址: | 518119广东省深*** | 国省代码: | 广东;44 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 复合材料 及其 制备 方法 用途 | ||
技术领域
本发明是关于一种含硅复合材料及其制备方法和用途。
背景技术
目前商品化的锂离子电池大多采用锂过渡金属氧化物/石墨体系作为负极活性材料,虽然这类体系的电化学性能优异,但是其本身储锂能力较低,特别是碳类负极活性材料的理论容量仅为372毫安时/克,如此低的容量目前已难以适应各种便携式电子设备的小型化发展及电动汽车对大容量、高功率化学电源的需求。因此,目前正在研究一种新的具有更高比容量的负极活性材料来提高锂离子电池的性能,满足市场需求。
对非碳负极活性材料的研究表明,有许多高储锂性能的金属或合金类材料可能作为负极活性材料使用,其中硅因具有嵌锂比容量大(理论比容量可达4200毫安时/克)和嵌锂电位低(小于0.5伏)等特点而成为最有吸引力的一种。然而,硅在脱嵌锂的过程中存在严重的体积效应,导致使用硅做负极活性材料的电池的循环稳定性差,从而阻碍了硅的工业化应用。
为此,目前许多研究者都致力于高储锂材料的改性与优化设计,并且已取得了一定的进展。解决硅材料的体积效应问题通常有两种方法:一是在电池负极的集流体上沉积硅薄膜,这种方法的优点是电极中不需要添加其它组分,缺点是不适合于大规模生产,且当硅薄膜的厚度超过1微米时,锂离子的扩散距离增大,电阻增加。二是制备含硅的复合材料,最常见的是硅/碳复合材料。虽然碳的加入会导致复合材料的比容量有所下降,但降低后的比容量仍大大高于碳本身的比容量,因此仍可以作为碳类负极活性材料的理想替代物。目前的硅/碳复合材料主要是“糕点型”结构,即将硅颗粒首先分散在有机前驱体中(主要是沥青、树脂等),再将有机物进行高温炭化处理,得到硅/碳复合材料。这种硅/碳复合材料需要通过高温炭化处理(一般在900-1200℃)才能得到,炭化过程还需要惰性气氛进行保护,较高的温度和惰性气体保护给工业生产带来极大的不便,而且也大大增加了生产成本。另外,上述产品经过高温炭化处理后需要经过破碎处理,破坏产品的包覆结构,从而影响复合材料的电化学性能。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的含硅复合材料的制备方法需要在惰性气氛保护下进行高温炭化处理的缺点,提供一种无需惰性气氛保护且无需进行高温炭化处理的含硅复合材料及其制备方法和用途。
本发明提供的含硅复合材料含有硅粒子、石墨粒子和导电聚合物,所述导电聚合物包覆在石墨粒子的表面上,所述硅粒子至少部分附着在导电聚合物表面上。
本发明提供的含硅复合材料的制备方法包括在硅粒子和石墨粒子存在下,在聚合反应条件下使导电聚合物前驱体发生聚合反应,得到含有硅粒子、石墨粒子和导电聚合物的含硅复合材料,所述导电聚合物包覆在石墨粒子的表面上,所述硅粒子至少部分附着在导电聚合物表面上。
本发明提供的含硅复合材料在锂离子二次电池负极活性材料中的应用。
根据本发明提供的含硅复合材料,由于包覆在石墨粒子表面的是导电聚合物,因而无需将聚合物进一步转变成“硬碳”即可使该含硅复合材料具有优异的导电性,同时还能与石墨协同作用,避免硅粒子之间的团聚,用作锂离子电池负极活性材料时可以使锂离子电池具有高的可逆容量和良好的循环性能,因而可用作锂离子电池负极活性材料。本发明提供的含硅复合材料的制备方法通过选用能够形成导电聚合物的物质在硅粒子和石墨粒子表面进行聚合,得到导电性聚合物,从而无需将聚合物进一步转变成“硬碳”即可使该含硅复合材料具有优异的导电性,由此简化了生产工艺,还解决了由现有技术中的高温炭化处理带来的巨大能耗问题。
具体地说,本发明所提供的含硅复合材料的制备方法具有以下优点:
(1)采用原位聚合包覆方法,工艺简单易行;
(2)反应在常温下进行,不需要加热及高温炭化处理,能耗低;
(3)反应不需要任何保护气体;
(4)反应可在水系环境中进行,不使用任何有机溶剂,因此对环境污染小;
(5)含硅复合材料产品结构均匀、不结块,不需破碎处理,因而可得到具有完整核壳结构的复合材料颗粒;
(6)用聚合物代替碳作为包覆材料,复合材料的电化学性能良好。
附图说明
图1为由本发明实施例1制得的含硅复合材料的扫描电子显微照片(SEM);
图2为由对比例1制得的由石墨和导电聚合物形成的复合材料的扫描电子显微照片(SEM);
图3为对比例2制得的含硅复合材料的扫描电子显微照片(SEM)。
具体实施方式
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