[发明专利]一种中空碳纤维改性硅碳材料、制备方法及其应用

说明书

一种中空碳纤维改性硅碳材料、制备方法及其应用，所述制备方法包括如下步骤：步骤1：将包覆剂加入到纳米硅颗粒溶液中，充分混合，得到包覆剂包覆纳米硅颗粒的溶液；步骤2：向所述包覆剂包覆纳米硅颗粒的溶液中加入中空碳纤维和石墨，混合充分，得到混合溶液；步骤3：将混合溶液进行喷雾干燥，得到改性前驱体；步骤4：将改性前驱体进行碳化，得到中空碳纤维改性硅碳材料。本发明将中空碳纤维引入到硅碳负极材料中，有效缓冲了硅碳负极材料在锂化/脱锂化过程中因体积膨胀对其结构的破坏。

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种中空碳纤维改性硅碳材料、制备方法及其应用。

背景技术

为了满足日益增长的高能量密度锂离子电池的市场需求，硅(Si)因其具有极高的理论容量，被认为是取代传统石墨以实现高能量密度电池的最有希望的负极材料之一。然而，硅在反复的锂化/脱锂化过程中会产生严重的体积变化而使比容量迅速降低，同时电池循环寿命也随之下降。所以，将硅和石墨、柔韧较高的碳材料进行复合，从而获得高容量、稳定性良好的负极材料是目前可商业化的优选策略。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种中空碳纤维改性硅碳材料、制备方法及其应用，以解决硅碳负极材料在锂化/脱锂化过程中因体积膨胀对其结构的破坏的技术问题。

为实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种中空碳纤维改性硅碳材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将包覆剂加入到纳米硅颗粒溶液中，充分混合，得到包覆剂包覆纳米硅颗粒的溶液；

步骤2：向所述包覆剂包覆纳米硅颗粒的溶液中加入中空碳纤维和石墨，混合充分，得到混合溶液；

步骤3：将混合溶液进行喷雾干燥，得到改性前驱体；

步骤4：将改性前驱体进行碳化，得到中空碳纤维改性硅碳材料。

作为优选，所述步骤1中，所述纳米硅颗粒溶液中纳米硅颗粒与溶剂的添加比例为(0.1g-5g)：(10ml-100ml)；

作为优选，所述步骤1中，所述纳米硅颗粒的粒径为50nm-200nm；作为优选，所述纳米硅颗粒的粒径为80nm-100nm；

作为优选，所述步骤1中，所述溶剂为醇类有机溶剂；作为优选，所述溶剂包括乙醇、丙醇、异丙醇中的一种或多种；

作为优选，所述步骤1中，所述包覆剂包括沥青、蔗糖、葡萄糖、可溶性淀粉、柠檬酸、酚醛树脂、羟甲基纤维素钠、聚乙烯吡络烷酮中一种或多种；

作为优选，所述步骤1中，所述包覆剂与纳米硅颗粒的添加比例为(0.1g-5g)：(0.1g-5g)；

作为优选，所述步骤1中，充分混合具体操作包括：超声混合10分钟-60分钟。

作为优选，所述步骤2中，充分混合具体操作包括：搅拌10小时-24小时；

作为优选，所述步骤2中，所述中空碳纤维、石墨与纳米硅颗粒的添加比例为(0.1g-5g)：(0.1g-5g)：(0.1g-5g)；

作为优选，所述步骤2中，所述中空碳纤维的外径为50nm-500nm。

作为优选，所述中空碳纤维采用如下步骤制备：

将聚合物纺丝溶液进行静电纺丝，得到纳米碳纤维前驱体，将纳米碳纤维前驱体碳化，得到中空碳纤维；

作为优选，所述聚合物纺丝溶液包括0.1g-1g的主剂和5g-20g的纺丝溶剂；其中，所述主剂包括聚丙烯腈PAN、聚乙炔PA、聚吡咯PPY、聚噻吩PTH、聚对苯PPP、聚对苯乙烯PPV、聚苯胺PANI中的一种；其中，所述纺丝溶剂包括二甲基甲酰胺DMF、N-甲基吡咯烷酮NMP、四氢呋喃THF、三氯甲烷CHCl₃中的一种；