[发明专利]一种氮化硼纳米管/硅/碳纳米管复合材料及制备、应用

说明书

本发明公开了一种氮化硼纳米管/硅/碳纳米管复合材料，包括硅材料、氮化硼纳米管及碳纳米管，其中硅材料的含量为10～90wt％，氮化硼纳米管与碳纳米管含量之和为10～90wt％；本发明还公开了所述氮化硼纳米管/硅/碳纳米管复合材料的制备方法及在制备锂离子电池负极材料中的应用；本发明中，由于氮化硼纳米管具有良好的耐高温和抗氧化性，可以作为结构支撑同时部分纳米硅可以嵌入到改性的氮化硼纳米管内部，缓解在充放电过程中硅颗粒的体积变化，而碳纳米管具有良好的电子电导性和离子电导性，氮化硼纳米管/硅/碳纳米管复合材料在克服硅基负极材料缺点的同时，可发挥硅基负极优异的电化学性能，可广泛应用于锂离子电池负极材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，尤其涉及一种氮化硼纳米管/硅/碳纳米管复合材料及制备、应用。

背景技术

作为新一代的绿色能源之一，锂离子电池拥有高能量密度和良好的循环性能，被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车电源和电力储能系统。与传统内燃机汽车单次充能的行驶里程相比(600-800km)，目前动力锂离子电池(200-400km)仍然存在较大差距。当前商业化、的锂离子电池负极材料主要采用石墨。石墨负极材料在脱嵌锂离子时体积变化较小，可以有效防止锂的枝状结晶。石墨的理论容量的理论容量高达370mAh/g，然而硅基负极材料的理论比容量高达4200mAh/g，硅基负极材料因其高的理论容量、环境友好、储量丰富等特点被广泛认为下一代高能量密度锂离子电池的负极材料。因此，为了进一步提升锂离子电池性能，研发高电压、大容量和长循环性能的锂离子电池硅基负极材料具有重要意义。

硅基负极材料比传统石墨材料具有更高的理论比容量，但也面临巨大的挑战，高理论比容量硅基负极材料面临300％的体积膨胀和较差的导电性，严重影响了硅基负极材料的广泛应用。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种氮化硼纳米管/硅/碳纳米管复合材料及制备、应用，有效改善锂离子电池负极材料的体积膨胀缺陷和导电性，能显著改善循环及倍率性能，采用氮化硼纳米管/硅/碳纳米管复合材料制得的锂离子电池具有高容量、长循环寿命。

本发明提出的一种氮化硼纳米管/硅/碳纳米管复合材料，包括硅材料、氮化硼纳米管及碳纳米管，其中硅材料的含量为10～90wt％，氮化硼纳米管与碳纳米管含量之和为10～90wt％。

优选地，氮化硼纳米管为单壁氮化硼纳米管或多壁氮化硼纳米管；优选地，硅材料为纳米硅粉、硅纳米线、硅纳米管或硅纳米空心球；优选地，碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。

本发明还提出的一种氮化硼纳米管/硅/碳纳米管复合材料的制备方法，包括如下步骤：将氮化硼纳米管加入氨水溶液中，超声振荡，清洗，干燥得到预处理氮化硼纳米管；将预处理氮化硼纳米管、碳纳米管加至N-甲基吡咯烷酮中，超声振荡，再加入硅材料，超声振荡，干燥，烘干，研磨得到氮化硼纳米管/硅/碳纳米管复合材料。

优选地，所述碳纳米管的长度为5～30μm，管径为10～20nm。

优选地，所述硅材料的平均粒径为30～120nm。

优选地，所述干燥采用喷雾干燥法。

优选地，所述烘干过程中，烘干温度为98-102℃，烘干时间为14-16h。

本发明提出的上述氮化硼纳米管/硅/碳纳米管复合材料在制备锂离子电池负极材料中的应用。所得锂离子电池具备高容量、良好倍率性能和循环性能的特性。

本发明的有益技术效果：