一种高性能硅氧负极材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种高性能硅氧负极材料及其制备方法与应用，属于锂离子电池技术领域，制备方法为：将硅氧材料与端羟基超支化聚（胺

【技术实现步骤摘要】
一种高性能硅氧负极材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种高性能硅氧负极材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有具有能量密度大、循环寿命长、适用范围广等特点，使其在电子设备、电动汽车等领域被广泛应用。目前，随着电子设备和电动汽车轻量化的需求，对高能量密度锂离子电池的需求也日益增加。
[0003]传统锂离子电池的负极材料采用石墨，但是传统的石墨负极材料的克容量已经无法满足需求，硅具有优异的理论容量，极具应用前景，硅基类负极材料的开发已经成为锂电池负极材料发展的主流。然而，硅材料存在导电性差，膨胀大等问题，导致锂电池循环性能差，还需要进行改进。
[0004]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术由此而来。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术提供了一种高性能硅氧负极材料及其制备方法与应用，能够解决硅氧负极材料导电性差，膨胀大的问题，有助于提高锂电池的循环性能。
[0006]本专利技术的技术方案为：本专利技术提供了一种高性能硅氧负极材料的制备方法，先将端羟基超支化聚（胺
‑
酯）与硅氧材料进行复合，再与氧化石墨烯复合，得到GO/HP/SiO
X
材料，然后先以金属铌钨钛氧化物对GO/HP/SiO
X
材料进行包覆，然后将所得材料再进行表面碳包覆，得到高性能硅氧负极材料。
[0007]优选地，具体包括以下步骤：（1）端羟基超支化聚（胺
‑
酯）溶液在搅拌下滴加入硅氧材料的分散液中，继续搅拌、超声分撒，然后洗涤离心、干燥，得到硅氧端羟基超支化聚（胺
‑
酯）颗粒；（2）将硅氧端羟基超支化聚（胺
‑
酯）颗粒加入到氧化石墨烯水溶液，超声分散，然后洗涤离心、干燥，得到GO/HP/SiO
X
材料；（3）将GO/HP/SiO
X
材料与金属铌钨钛氧化物混合搅拌、球磨，然后烘干、烧结，冷却后，得到金属铌钨钛氧化物包覆改性硅氧材料；（4）将金属铌钨钛氧化物包覆改性硅氧材料与碳源混合均匀，然后喷雾干燥、烧结碳化，得到高性能硅氧负极材料；基于文献（于培盈,郑亚萍,石伟等.超支化聚(胺
‑
酯)的合成及其光固化反应的研究[J].西北工业大学学报,2010,28(04):637
‑
642）中提到的“一步法”制备端羟基超支化聚（胺
‑
酯），具体为：在反应釜中加入三羟甲基丙烷、Ｎ,Ｎ
‑
二羟乙基
‑3‑
胺基丙酸甲酯单体（摩尔比1：3）和适量对甲苯磺酸，通Ｎ2搅拌混合均匀后加热至120℃并保持2.5h，抽真空除
去生成的甲醇，得到端羟基超支化聚（胺
‑
酯）。
[0008]优选地，步骤（1）中，硅氧材料为氧化亚硅，端羟基超支化聚（胺
‑
酯）与硅氧材料的质量比为0.2~2.0：1；端羟基超支化聚（胺
‑
酯）溶液为端羟基超支化聚（胺
‑
酯）的乙醇溶液，硅氧材料分散液为硅氧材料的乙醇分散液。
[0009]步骤（1）中，搅拌时间为2
‑
6h，超声分散时间为2
‑
3h。
[0010]优选地，步骤（2）中，硅氧端羟基超支化聚（胺
‑
酯）颗粒与氧化石墨烯的质量比为0.5~2.0：1。
[0011]步骤（2）中，超声分散时间为2
‑
3h。
[0012]优选地，步骤（3）中，金属铌钨钛氧化物为Nb2O5、WO3和钛源的混合物，且Nb2O5、WO3和钛源的摩尔比为9
‑
14:1
‑
3:0.2
‑
1，其中，钛源为二氧化钛和/或钛酸四丁酯。
[0013]优选地，步骤（3）中，在高速球磨机中进行球磨，球磨转速为420
‑
800r/min，时间为6
‑
12h；在氮气气氛下，烧结温度为1050
‑
1350℃，时间为2
‑
6h。
[0014]优选地，步骤（4）中，步骤（4）中，碳源为沥青或酚醛树脂，碳源的加入量保证经所述碳源引入硅氧负极材料中的碳含量为3
‑
6％，表面碳包覆所形成的包覆层的厚度为50nm
‑
100nm。
[0015]优选地，步骤（4）中，烧结炭化的温度为900
‑
1050℃，时间为2
‑
4h。
[0016]本专利技术还涉及一种高性能硅氧负极材料，采用上述制备方法制得。
[0017]一种锂离子电池用负极极片，包括上述高性能硅氧负极材料。
[0018]优选地，还包括导电剂和粘结剂，硅氧负极材料、导电剂和粘结剂的质量比为(70～95)：(1.5～20)：(3.5～10)，进一步优选90：4：6。
[0019]优选地，导电剂为炭黑、碳纳米管和石墨烯中的至少两种；粘结剂优选为PAA。
[0020]优选地，还包括边缘涂覆材料，为陶瓷粉、PVDF（聚偏二氟乙烯）和PAA（聚丙烯酸）的混合物，陶瓷粉的质量含量为80％～90％，PVDF的质量含量为5％～10％，PAA的质量含量为5％～10％。
[0021]一种锂离子电池用负极极片的制备方法，包括以下步骤：硅氧负极材料、导电剂、粘结剂和水混合均匀，得到固含量为40
‑
60%的浆料，然后将所得浆料均匀涂在铜箔正反至少一面上，烘干，得到极片。
[0022]优选地，先将陶瓷粉、PVDF和PAA在水中均匀分散，然后将所得材料涂覆在极片的边缘，烘干，得到具有边缘涂覆层的负极极片，边缘涂覆层的厚度为30~80μm。
[0023]本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术提供了一种高性能硅氧负极材料，通过硅氧材料与端羟基超支化聚（胺
‑
酯）混合改性，大分子为骨架，添加石墨烯的导电材料形成快离子通道，有利于锂离子的快速进入和脱出材料，拥有非常好的高倍率循环性，端羟基超支化聚（胺
‑
酯）改性后的硅氧材料具有较高的机械强度和硬度，在受到嵌锂的膨胀力时，可以有效抑制氧化亚硅的体积膨胀，保持负极材料的结构稳定，充分伸展的聚合物链段不仅可以提供空间屏障，还阻止粒子间在分散过程中相互靠近而发生团聚，保证负极片的性能；（2）本专利技术掺杂的金属元素能够和硅氧材料反应，形成惰性物质金属硅氧复合体，降低氧元素含量，提升导电性，有助于提高材料的首周库伦效率。
附图说明
[0024]下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1是本专利技术实施例1提供的高性能硅氧负极材料的组装的全电池和对比例1硅氧负极材料组装的全电池在不同倍率下的放电容量曲线；图2本专利技术实施例1提供的高性能硅氧负极材料的组装的全电池和对比例1硅氧负极材料组装的全电池的循环对比曲线；图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能硅氧负极材料的制备方法，其特征在于，先将端羟基超支化聚（胺
‑
酯）与硅氧材料进行复合，再与氧化石墨烯复合，得到GO/HP/SiO
X
材料，然后先以金属铌钨钛氧化物对GO/HP/SiO
X
材料进行包覆，然后将所得材料再进行表面碳包覆，得到高性能硅氧负极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）端羟基超支化聚（胺
‑
酯）溶液在搅拌下滴加入硅氧材料的分散液中，继续搅拌、超声分撒，然后洗涤离心、干燥，得到硅氧端羟基超支化聚（胺
‑
酯）颗粒；（2）将硅氧端羟基超支化聚（胺
‑
酯）颗粒加入到氧化石墨烯水溶液，超声分散，然后洗涤离心、干燥，得到GO/HP/SiO
X
材料；（3）将GO/HP/SiO
X
材料与金属铌钨钛氧化物混合搅拌、球磨，然后烘干、烧结，冷却后，得到金属铌钨钛氧化物包覆改性硅氧材料；（4）将金属铌钨钛氧化物包覆改性硅氧材料与碳源混合均匀，然后喷雾干燥、烧结碳化，得到高性能硅氧负极材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，硅氧材料为氧化亚硅，端羟基超支化聚（胺
‑
酯）与硅氧材料的质量比为0.2~2.0：1；端羟基超支化聚（胺
‑
酯）溶液为端羟基超支化聚（胺
‑
酯）的乙醇溶液，硅氧材料分散液为硅氧材料的乙醇分散液。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李钱欢，胡琪卉，李艳，
申请(专利权)人：泰鼎新能源浙江有限公司，
类型：发明
国别省市：