本发明专利技术涉及一种聚多巴胺/磷酸锂复合有机层/无机层共包覆微米硅材料及其制备方法，属于电化学储能技术领域。将微米硅颗粒和磷酸锂混合分散于酸性溶液中，加热搅拌直到溶液蒸干，收集固体产物并研磨得到深褐色粉末；将上述深褐色粉末转移至管式炉中，在保护气氛下进行热处理，得到Si@LPO粉末；将Si@LPO粉末分散于Tris溶液中，并进行超声振荡，得到Si@LPO/Tris分散溶液；将盐酸多巴胺粉末加入Si@LPO/Tris分散溶液中，得到混合物；将上述混合物过滤清洗，收集不溶物并真空烘干，得到Si@LPO/PDA负极材料。通过溶液蒸发法和原位聚合法结合制备在微米硅颗粒表面依次构筑磷酸锂无机包覆层和聚多巴胺有机包覆层，稳定材料/电解液界面，实现微米硅基负极的性能提升。实现微米硅基负极的性能提升。实现微米硅基负极的性能提升。
【技术实现步骤摘要】
一种聚多巴胺/磷酸锂复合有机层/无机层共包覆微米硅材料及其制备方法
[0001]本专利技术涉及一种聚多巴胺/磷酸锂复合有机层/无机层共包覆微米硅材料及其制备方法，属于电化学储能
技术介绍
[0002]随着社会经济水平飞速发展以及人们对环境保护的重视，各清洁能源的使用以及电动汽车得到普及，采用新能源汽车替代传统燃油汽车这一趋势逐渐为人们所接受。锂离子电池作为目前最具优势、商业化程度最高的储能系统，已被广泛应用于电动汽车。在对电动汽车长续航里程需求日益增长的背景下，研发具有高能量密度的锂离子动力电池已成为相关领域内的关键任务
[0003]硅单质与锂离子发生合金化反应形成锂硅合金，具有3579mAh
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‑1的超高理论容量，是传统石墨负极的近十倍，并且广泛存在于自然界，储量丰富，成本低廉，被认为是下一代高能量密度锂离子电池最具竞争力的负极材料之一。然而硅基负极在充放电过程中存在严重的体积效应，超过300％的体积变化易导致负极材料表面的固体电解质界面(SEI)膜反复破裂、再生，以及活性物质的粉化剥脱，最终影响电极的循环寿命，导致电池失效。
[0004]目前对硅基负极材料的改性策略主要集中在颗粒尺寸的纳米化以及构筑表面包覆层，然而纳米硅颗粒的制备成本昂贵、技术难度大，不利于材料的商业化生产和推广，并且常用的碳材料包覆层机械强度应对硅颗粒体积变化过程中产生的应力。因此，基于具有成本优势的微米级硅材料，开发机械强度高、电化学性能优异的硅负极表面改性技术具有重要意义。
专利
技术实现思路
[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种聚多巴胺/磷酸锂复合有机层/无机层共包覆微米硅材料及其制备方法。所述方法溶液蒸发法和原位聚合法结合制备在微米硅颗粒表面依次构筑磷酸锂无机包覆层和聚多巴胺有机包覆层，稳定材料/电解液界面，实现微米硅基负极的性能提升。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种聚多巴胺/磷酸锂复合有机层/无机层共包覆微米硅材料的制备方法，方法步骤包括：
[0008](1)将微米硅颗粒(Si)和磷酸锂(LPO)混合分散于酸性溶液中，加热搅拌直到溶液蒸干，收集固体产物并研磨得到深褐色粉末；
[0009](2)将上述深褐色粉末转移至管式炉中，在保护气氛下进行热处理，得到Si@LPO粉末；
[0010](3)将Si@LPO粉末分散于三羟甲基氨基甲烷(Tris)溶液中，并进行超声振荡，得到Si@LPO/Tris分散溶液；
[0011](4)将盐酸多巴胺(DA)粉末加入Si@LPO/Tris分散溶液中，搅拌使DA聚合，得到混合物；
[0012](5)将上述混合物过滤清洗，收集不溶物并真空烘干，得到Si@LPO/PDA负极材料；
[0013]其中，步骤(1)中所述微米硅与磷酸锂质量比100:1～10:1；
[0014]步骤(3)中所述超声振荡时间为20～30min；超声处理步骤目的在于使Si@LPO颗粒在溶液中均匀分散，有利于后续的多巴胺原位聚合，当超声时间过长时易造成LPO包覆层的脱落，无法达到改性目的；超声时间过短易造成Si@LPO颗粒存在团聚，影响后续多巴胺在单颗粒表面原位聚合包覆的均匀性和完整性，无法达到最佳改性效果，因此，须对超声振荡时间设定一定限制；
[0015]步骤(4)中所述盐酸多巴胺与Si@LPO质量比1:100～5:100。
[0016]优选地，步骤(1)中所述微米硅粒径为1～5微米。
[0017]优选地，步骤(1)中所述酸性溶液溶质为甲酸或乙酸。更优选地，(1)中所述酸性溶液为甲酸溶液，甲酸与水的体积比为1:100。
[0018]优选地，步骤(1)中加热蒸干温度为60～80℃。
[0019]优选地，步骤(2)所述保护气氛为氮气或惰性气体。
[0020]优选地，步骤(2)中所述热处理温度为300～500℃，升温速率为5～10℃/min，热处理保温时间为3～6h。更优选地，步骤(2)中热处理温度为400℃，升温速率为5℃/min，热处理保温时间为6h。
[0021]优选地，步骤(3)中所述Tris溶液浓度为5～15mmol/L。
[0022]优选地，步骤(4)中所述磁力搅拌时间为24～48h。
[0023]优选地，步骤(5)中所述真空干燥温度为60～80℃，干燥时间为6～12h。
[0024]一种聚多巴胺/磷酸锂复合有机层/无机层共包覆微米硅材料，所述材料通过以上方法制备得到。
[0025]一种锂离子电池，所述电池的负极采用本专利技术所述的一种聚多巴胺/磷酸锂复合有机层/无机层共包覆微米硅材料。
[0026]有益效果
[0027](1)本专利技术提出一种有机层/无机层共包覆微米硅负极材料制备方法，其中磷酸锂无机包覆层杨氏模量高，具有较高机械强度以抵抗硅颗粒在充放电过程中由体积效应产生的应力，此外磷酸锂是一种锂离子导体，可提高材料在充放电过程中的锂离子传导能力。聚多巴胺有机包覆层具有较强的粘附力和机械韧性，可以抑制硅颗粒粉化失效，有机/无机共包覆层结合了高强度和高韧性的特点，同时保证了负极材料锂离子传导能力，可有效提升微米硅负极的电化学性能。
[0028](2)本专利技术所选用的原料为微米尺度的硅颗粒，相比目前较为常用的纳米硅，具有制备工艺简单、成本低廉的特点，此外本专利技术所制备的有机层/无机层共包覆微米硅负极材料具有高振实密度、高容量的特点，具有工业化应用的前景。
附图说明
[0029]图1为实施例1中Si@LPO/PDA的X射线衍射(XRD)图谱。
[0030]图2为实施例1制备所得Si@LPO/PDA样品的扫描电子显微镜(SEM)图。
[0031]图3为实施例1中Si@LPO/PDA电极在0.01～1.5V电压窗口下以0.1C(1C电流密度为2000mA/g)电流密度循环得到的首周充放电曲线。
[0032]图4为实施例1中Si@LPO/PDA电极在0.01～1.5V电压窗口内，以1/3C电流密度测试得到充放电循环数据。
[0033]图5为实施例1中Si@LPO/PDA电极在0.01～1.5V电压窗口内，以1C电流密度测试得到充放电循环数据。
[0034]图6为实施例2中Si@1LPO/PDA电极在0.01～1.5V电压窗口下以0.1C电流密度循环得到的首周充放电曲线。
[0035]图7为实施例2中Si@1LPO/PDA电极在0.01～1.5V电压窗口内，以1C电流密度测试得到充放电循环数据。
[0036]图8为实施例3中Si@10LPO/PDA电极在0.01～1.5V电压窗口下以0.1C电流密度循环得到的首周充放电曲线。
[0037]图9为实施例3中Si@10LPO/PDA电极在0.01～1.5V电压窗口内，以1C电流密度测试得到充放电循环数据。
[0038]图10为对比例1中原始微米硅的X射线衍射(XRD)本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种聚多巴胺/磷酸锂复合有机层/无机层共包覆微米硅材料的制备方法，其特征在于：方法步骤包括：(1)将微米硅颗粒和磷酸锂混合分散于酸性溶液中，并磁力搅拌加热直到溶液蒸干，收集固体产物并研磨得到深褐色粉末；(2)将上述深褐色粉末转移至管式炉中，在保护气氛下进行热处理，得到Si@LPO粉末；(3)将Si@LPO粉末分散于三羟甲基氨基甲烷溶液中，并进行超声振荡，得到Si@LPO/Tris分散溶液；(4)将盐酸多巴胺粉末加入Si@LPO/Tris分散溶液中，室温下磁力搅拌使DA聚合，得到混合物；(5)将上述混合物过滤清洗，收集不溶物并真空烘干，得到Si@LPO/PDA负极材料；其中，步骤(1)中所述微米硅与磷酸锂质量比100:1～10:1；步骤(3)中所述超声振荡时间为20～30min；步骤(4)中所述盐酸多巴胺与Si@LPO质量比1:100～5:100。2.如权利要求1所述的一种聚多巴胺/磷酸锂复合有机层/无机层共包覆微米硅材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述微米硅粒径为1～5微米。3.如权利要求1所述的一种聚多巴胺/磷酸锂复合有机层/无机层共包覆微米硅材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述酸性溶液溶质为甲酸或乙酸；步骤(1)中加热蒸干温度为60～...
【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，陈峒任，苏岳锋，闫文刚，董宇，马思远，马亮，黄擎，卢赟，陈来，曹端云，
申请(专利权)人：北京理工大学重庆创新中心，
类型：发明
国别省市：
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