[发明专利]一种多孔碳双键修饰诱导硅烷沉积的负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种多孔碳双键修饰诱导硅烷沉积的负极材料及其制备方法，该硅碳复合材料包括多孔碳微球及硅颗粒。所述多孔碳微球由导电炭黑(SP)、碳纳米管(CNT)构成，硅颗粒均匀附着在所述多孔碳微球的内部或表面。本发明基于碳质材料导电性、保护性、机械强度和循环稳定性且来源丰富、成本低的特点，统筹兼顾硅作为主体材料的高比容和碳质材料高的导电性和保护性，针对现有技术的存在的缺陷，提出一种多孔碳双键修饰诱导硅烷沉积制备硅碳负极材料的方法。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种多孔碳双键修饰诱导硅烷沉积的负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

21世纪以来，随着全球经济时代的飞速发展，能源问题成为人类社会所面临的最突出的问题之一。锂离子电池由于具有高能量功率密度、工作电压高、安全性好、绿色环保等优点，在手机、笔记本电脑及新能源汽车等领域得到了广泛应用。高比能量的锂离子电池从电子终端设备走向电动汽车和储能技术领域势在必行。然而目前商业化的锂离子电池负极材料以石墨为主，其容量发挥已经接近其理论容量(372mA h g^-1)，很难再有提升，因此研发高比能的负极材料具有重要意义。

硅元素由于其天然的丰度、环境友好性、相对较低的锂化电位(0.4V vs Li/Li⁺)，以及4200mA h g^-1的高的理论比容量(是传统石墨负极的10倍以上)，被公认为下一代锂离子电池中最具吸引力的负极材料候选材料之一。但是硅基负极的商业化受限于以下三方面：(1)充放电循环过程中巨大的体积变化会诱发电极内部应力积累产生裂纹，导致电极粉化，活性材料与集流体分离，进而使性能衰减；(2)固态电解质界面膜(SEI)会随着硅的体积膨胀收缩反复破裂和再生，持续消耗活性锂导致电池极化，降低循环稳定性；(3)硅的导电性能较差，大电流下不利于电池容量的释放。

现有的改进技术包括纳米化，将硅制成纳米球、纳米线、纳米管等在一定程度上能够缓解硅在循环过程中的膨胀，提高循环稳定性。但是过度的纳米化使得硅颗粒具有大的表面能，容易二次团聚成颗粒，且纳米硅比表面积较大会消耗过多的锂离子从而降低电池的库伦效率，因此很难适合商业负极材料的使用。此外，纳米硅制备过程复杂、制作成本较高使其难以大规模生产。因此设计合成同时解决硅基体积膨胀效应和导电性的材料且大规模应用的低成本高效制备手段具有重要价值。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种多孔碳双键修饰诱导硅烷沉积的负极材料及其制备方法，以解决现有技术中纳米硅团聚导致循环不稳定及导电性差、首效低的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种多孔碳双键修饰诱导硅烷沉积的负极材料，包括多孔碳微球，所述多孔碳微球中有多个孔洞；所述多孔碳微球中嵌入有硅颗粒、导电炭黑Super P和碳纳米管。

本发明的进一步改进在于：

优选的，所述多孔碳微球和硅颗粒的质量比为(2～5)：(8～5)。

优选的，所述多孔碳微球的当量直径为10um～50um。

一种多孔碳双键修饰诱导硅烷沉积的负极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将粘结剂、导电炭黑Super P、碳纳米管、PVP聚乙烯吡咯烷酮和水混合，乳化后得到混合溶液a；

步骤2，通过喷雾干燥处理混合溶液a，制得多孔碳微球；

步骤3，热处理多孔碳微球；

步骤4，将热处理后的多孔碳微球和双键硅烷偶联剂加入至强酸中，水热反应后制得双键修饰的多孔碳微球，将双键修饰的多孔碳微球置于密闭容器中，在密闭容器中通入硅烷气体，制得负极材料。