【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二次电池领域，具体涉及一种硅负极材料及其制备方法、负极极片、二次电池和用电设备。
技术介绍
1、随着社会不断发展，新兴产业迭代兴起，便携式、储能、动力等领域对锂离子电池需求量逐年攀升，社会需求对锂离子电芯能量密度提出了更高的需求，高能量密度电极材料的开发迫在眉睫。
2、现在商业上使用最多的硅负极材料是石墨，但石墨理论比容量低，仅为372mah/g(毫安时/克)。国内外研究机构及各大电芯供应商已经从材料开发、电芯设计和结构升级优化等多方面对石墨进行改进，目前容量发挥已接近极限，能量密度很难有更大的提升，故新型高能量密度硅负极材料的开发称为重中之重。
3、硅硅负极材料具有～4200mah/g的高比容量，而且，硅地壳资源丰富、脱嵌锂平台较低，吸引了广大研究人员的注意。但硅负极脱嵌锂膨胀大(>300％)，实际使用时会引发一系列问题，膨胀产生的体积应力会导致负极表面sei膜的不断破裂和重新形成，持续消耗电解液中的锂离子和添加剂，不可逆锂损失严重，造成电池性能跳水，减少电池寿命；同时硅材料为半导体，导电性差，进而导致硅负极的阻抗较大。
技术实现思路
1、本申请的目的是提供一种硅负极材料、负极极片和二次电池，解决硅负极脱嵌锂效率低、脱嵌锂膨胀大导致的电池寿命减少的问题。
2、为实现本申请的目的，本申请提供了如下的技术方案：
3、第一方面，本申请提供一种硅负极材料，包括纳米纤维和无定形硅颗粒，所述纳米纤维包括多个碳纳米管，所述碳纳
4、一种实施方式中，所述纳米纤维的孔隙均匀分布。
5、一种实施方式中，所述纳米纤维还包括氮元素，所述氮元素掺杂在所述碳纳米管中。
6、一种实施方式中，所述氮元素占所述硅负极材料中的质量百分比为0.1％-5％。
7、一种实施方式中，所述碳纳米管的孔隙的最小尺寸大于所述无定形硅颗粒的最大粒径。
8、一种实施方式中，所述碳纳米管的内径为20nm-90nm；
9、和/或，所述碳纳米管的管壁上的孔隙的宽度为20nm-90nm；
10、和/或，相邻两个所述碳纳米管之间的间距的长度为20nm-90nm；
11、和/或，所述无定形硅颗粒的粒径为1nm-10nm。
12、第二方面，本申请还提供一种硅负极材料的制备方法，包括如下步骤：将有机碳源配置成纺丝液；将所述纺丝液进行纺丝处理，得到纺丝前驱体；对所述纺丝前驱体进行预氧化处理，得到纳米纤维前驱体；使用等离子设备对所述纳米纤维前驱体进行二段烧结，得到硅负极材料，所述硅负极材料包括纳米纤维和无定形硅颗粒，所述纳米纤维包括多个碳纳米管，所述碳纳米管具有孔隙，多个所述碳纳米管之间具有孔隙；无定形硅颗粒附着在所述纳米纤维的孔隙中。
13、一种实施方式中，所述对所述纺丝前驱体进行预氧化处理，包括：马弗炉煅烧、管式炉煅烧和聚合物低温热解中的一种。
14、一种实施方式中，所述使用等离子设备对所述纳米纤维前驱体进行二段烧结，包括：
15、通入惰性气体，高温烧结，得到所述纳米纤维；
16、通入含硅气体，气相沉积，得到所述无定形硅颗粒，且所述无定形硅颗粒在所述纳米纤维的孔隙中沉积，得到所述硅负极材料。
17、第三方面，本申请还提供一种如第二方面各项实施方式所述的硅负极材料的制备方法制备得到的硅负极材料。
18、第四方面，本申请还提供一种负极极片，所述负极极片包括如第一方面或第三方面各项实施方式中任一项所述的硅负极材料。
19、第五方面，本申请还提供一种二次电池，包括第四方面所述的负极极片。
20、第六方面，本申请还提供一种用电设备，包括用电装置和第五方面所述的二次电池，所述电池向所述用电装置供电。
21、本申请提供的硅负极材料，纳米纤维的孔隙包括碳纳米管本身的孔隙和多个碳纳米管之间的孔隙，两种间隙之间的协同配合可以缓解无定形硅颗粒嵌锂反应后的体积膨胀效应，进而降低膨胀体积应力导致的负极表面sei膜的破裂，减少电解液中锂离子和添加剂的消耗，改善不可逆锂的损失，从而改善电池的循环性能，延长电池的使用寿命；同时，无定形硅颗粒的各向异性高，锂离子能从各个维度嵌入，脱嵌锂效率变高，增加硅负极材料倍率性能。
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1.一种硅负极材料，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的硅负极材料，其特征在于，所述纳米纤维的孔隙均匀分布。
3.根据权利要求1所述的硅负极材料，其特征在于，所述纳米纤维还包括氮元素，所述氮元素掺杂在所述碳纳米管中。
4.根据权利要求3所述的硅负极材料，其特征在于，所述氮元素占所述硅负极材料中的质量百分比为0.1％-5％。
5.根据权利要求1所述的硅负极材料，其特征在于，所述碳纳米管的孔隙的最小尺寸大于所述无定形硅颗粒的最大粒径。
6.根据权利要求5所述的硅负极材料，其特征在于，
7.一种硅负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的硅负极材料的制备方法，其特征在于，对所述纺丝前驱体进行预氧化处理，包括：马弗炉煅烧、管式炉煅烧和聚合物低温热解中的一种。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述使用等离子设备对所述纳米纤维前驱体进行二段烧结，包括：
10.一种根据权利要求7-9所述的硅负极材料的制备方法制备得到的硅负极材料。>
11.一种负极极片，其特征在于，所述负极极片包括如权利要求1-6任一项中所述或如权利要求10所述的硅负极材料。
12.一种二次电池，其特征在于，包括如权利要求11所述的负极极片。
13.一种用电设备，其特征在于，包括用电装置和如权利要求12所述的二次电池，所述电池向所述用电装置供电。
...【技术特征摘要】
1.一种硅负极材料，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的硅负极材料，其特征在于，所述纳米纤维的孔隙均匀分布。
3.根据权利要求1所述的硅负极材料，其特征在于，所述纳米纤维还包括氮元素，所述氮元素掺杂在所述碳纳米管中。
4.根据权利要求3所述的硅负极材料，其特征在于，所述氮元素占所述硅负极材料中的质量百分比为0.1％-5％。
5.根据权利要求1所述的硅负极材料，其特征在于，所述碳纳米管的孔隙的最小尺寸大于所述无定形硅颗粒的最大粒径。
6.根据权利要求5所述的硅负极材料，其特征在于，
7.一种硅负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡婧，王良俊，何科峰，陈培兴，梁劲松，
申请(专利权)人：重庆弗迪电池研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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