【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及导电复合材料，具体来说是氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、发展高能量密度锂离子电池，提高纯电动汽车续驶里程，扩大电动汽车应用范围，是突破电动汽车产业发展瓶颈的关键所在。采用高比容量的电极材料是提升电池能量密度最简单有效的方法，硅的理论比容量高达4200mah/g，远高于当前传统石墨负极372mah/g，且硅与石墨具有接近的嵌锂平台，成为了最具潜力的下一代高容量负极材料之一。
2、硅和氧化亚硅负极材料是目前锂离子电池高能量密度化最有效的技术方向，也是我国锂离子电池今后的重点发展方向，具有广阔的商业前景。目前商业硅和氧化亚硅的生产主要以化学气相沉积法为主，在生产过程中会产生大量的氧化亚硅粉颗粒，这些颗粒反应活性高、电导率差、压实密度低，不适合直接作为锂离子电池负极材料使用，是一种浪费的资源。
3、然而氧化亚硅在首次嵌锂过程中与锂发生反应，生成了氧化锂和硅酸锂，氧化锂和硅酸锂能够缓冲硅锂合金膨胀效应、以及一定程度上抑制了硅团聚的作用；氧化亚硅的合金化过程如下：
4、(1)sio+2li→li2o+si；
5、(2)4sio+4li→li4sio4+4si；
6、(3)5si+22li→li22si5；上述不可逆反应造成了金属锂的损失，导致氧化亚硅负极存在首次库伦效率低瓶颈问题，因此，若能够将废弃的氧化亚硅进行资源化再利用、通过一定的改性手段提高氧化亚硅的首次库伦效率，将推动氧化亚硅的商业化进程。
7、石墨是一种商用负
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供了氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料及其制备方法和应用，本专利技术以氧化亚硅、石墨、聚丙烯酸为原料，经球磨和微波烧结，获得氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料，克服氧化亚硅与石墨因物理和化学性质方面存在显著差异，难以复合并协同作用的技术缺陷，获得一种高比容量、高导电性、循环稳定的复合材料。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
3、氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料的制备方法，包括以下步骤：
4、将氧化亚硅超细粉与石墨混合并进行球磨，得到粒径均匀，混合均匀的导电料，石墨选自人造石墨或天然石墨；
5、将导电料与聚丙烯酸溶液湿法球磨混合，湿法球磨保证了导电料在与聚丙烯酸充分混合的情况下，有效防止粉体颗粒聚集的问题，湿法球磨的填充率为30-45％；转速为1500-3000r/min，得到前驱体；
6、将前驱体于惰性气氛下微波加热干燥，通过采用微波加热，能够在极短时间内实现颗粒除湿干燥，可以较好控制氧化亚硅的晶体结构，避免长时间加热导致大量氧化亚硅颗粒团聚，改善氧化亚硅对石墨孔以及缺陷结构的填充，稳定材料的结构，提升材料的理论容量以及首次库伦效率，得到氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料。
7、优选的，氧化亚硅超细粉为化学气相沉积制备氧化亚硅粉体废料，颗粒粒径为0.5-10μm，更进一步的为800nm-5μm，石墨的粒径为0.5-10μm；颗粒形貌包括片状、树枝状、球状、卵石状，不规则状等，本专利技术的氧化亚硅原料为经化学气相沉积法制备氧化亚硅后剩余的废料，实现废料的重新加工利用。研究表明，在电化学循环过程中，硅的结构稳定性与其尺寸密切相关，粒径小于150nm的晶体si颗粒在锂化时不会断裂，但纳米硅的开发成本过高。与纳米级尺度相比，微米级的硅材料振实密度更高、能够在相同的质量负载下实现更高的体积容量；此外微粒较低的比表面积可以显著减少有害的副反应，从而提高电极的初始库仑效率，在电极厚度相同的情况下，由微米级颗粒组成的电极具有更高的面容量。
8、优选的，氧化亚硅超细粉与石墨的质量比为1：0.2-5，进一步的氧化亚硅超细粉与石墨的质量比为1：0.5-2；此时比例少了或者多了都会导致混合不均匀，无法达到二者混匀的目标。
9、优选的，导电料中氧化亚硅的粒径为100-800nm，石墨的粒径为100-800nm，球磨机转速为350-450rpm，球磨时间为5-10h，球磨罐中氧化亚硅超细粉与石墨的总质量与磨球质量比为1：30-40。
10、优选的，聚丙烯酸溶液中，聚丙烯酸与溶剂的质量比为1：5-20，进一步的聚丙烯酸与溶剂的质量比为1：10-15，溶剂少了会导致过于黏稠不利于搅拌混合，溶剂过多会导致过稀混合不均匀；溶剂选自水、乙醇、异丙醇中的一种或多种，且聚丙烯酸分子量为2000-10000，这个分子量的聚丙烯酸在粘稠度上具有优势，便于与氧化亚硅超细粉和石墨形成3d网络结构。
11、优选的，导电料与聚丙烯酸的质量比为1：0.2-3；导电料比例过低会导致导电料粘结不均匀，影响复合材料的电化学性能，导电料比例过高会导致粘结不到位，出现大量分散颗粒，造成资源浪费。
12、优选的，前驱体中氧化亚硅的粒径为100-500nm，石墨的粒径为100-500nm；这个范围的粒径不仅简单易得，且纳米级颗粒还具有较好的松弛和应变能力，能够有效减少机械断裂，极大程度上提高了循环寿命和安全性；
13、优选的，微波加热温度为100-200℃，热处理时间为1-10min；微波加热的温度低导致加热不完全，剩余一些溶剂；温度高会导致聚丙烯酸裂解，粘结性下降，影响复合材料的3d导电网络结构。
14、本专利技术还保护了上述制备方法制得的氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料，氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料中形成3d导电网络结构。
15、本专利技术还保护了氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料在制备锂离子电池负极极片中的应用。
16、优选的，应用方法为：将氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料、导电剂、粘结剂共同分散于溶剂中，得到浆料，将浆料均匀涂覆于集流体上，得到锂离子电池负极极片；
17、氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料与导电剂、胶粘剂的质量比为7-8:1.5:0.5-1.5；
18、导电剂选自导电炭黑、碳纳米管或石墨；粘结剂选自聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素、丁苯橡胶中的一种或几种；溶剂选自n-甲基吡咯烷酮或去离子水，优选的溶剂选自去离子水。
19、与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是：
20、1、聚丙烯酸是一种广泛用于3d交联网络结构的材料，它不仅可以与氧化亚硅颗粒形成氢键，还可以通过聚丙本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料的制备方法，其特征在于，氧化亚硅超细粉的粒径为0.5-10μm，石墨的粒径为0.5-10μm。
3.根据权利要求1所述的氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料的制备方法，其特征在于，氧化亚硅超细粉与石墨的质量比为1：0.2-5。
4.根据权利要求1所述的氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料的制备方法，其特征在于，导电料中氧化亚硅的粒径为100-800nm，石墨的粒径为100-800nm。
5.根据权利要求1所述的氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料的制备方法，其特征在于，聚丙烯酸溶液中，聚丙烯酸与溶剂的质量比为1：5-20，溶剂选自水、乙醇、异丙醇中的一种或多种，且聚丙烯酸分子量为2000-10000。
6.根据权利要求1所述的氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料的制备方法，其特征在于，导电料与聚丙烯酸的质量比为1：0.2-3。
7.根据权利要求4所述的氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料的制备方法，
8.根据权利要求1所述的氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料的制备方法，其特征在于，微波加热温度为100-200℃，热处理时间为1-10min。
9.一种权利要求1-8任一项所述制备方法制得的氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料。
10.一种权利要求9所述的氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料在制备锂离子电池负极极片中的应用。
...【技术特征摘要】
1.氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料的制备方法，其特征在于，氧化亚硅超细粉的粒径为0.5-10μm，石墨的粒径为0.5-10μm。
3.根据权利要求1所述的氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料的制备方法，其特征在于，氧化亚硅超细粉与石墨的质量比为1：0.2-5。
4.根据权利要求1所述的氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料的制备方法，其特征在于，导电料中氧化亚硅的粒径为100-800nm，石墨的粒径为100-800nm。
5.根据权利要求1所述的氧化亚硅/石墨/聚丙烯酸复合材料的制备方法，其特征在于，聚丙烯酸溶液中，聚丙烯酸与溶剂的质量比为1：5-20，溶剂选自水、乙醇、异丙...
【专利技术属性】
技术研发人员：周忠仁，樊珈宏，张英杰，董鹏，王贤树，段建国，蒋思威，姚俊，刘亚泽成，吴新涛，胡鹏，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。