本發(fā)明設計電池材料技術領域,具體涉及一種高容量,長循環(huán)穩(wěn)定性好的棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合負極材料及其制備方法和用途。
背景技術:
隨著人口的急速膨脹和經(jīng)濟的高速發(fā)展,以鋰離子電池為主要表現(xiàn)形式的電化學儲能以其環(huán)境友好,循環(huán)壽命長,自放電小,能量密度高及高電壓等特點受到極大關注和青睞,已在各類便攜式電子產(chǎn)品中得到廣泛應用,然而受到現(xiàn)有石墨負極材料儲能機制及低容量的影響,目前商用鋰離子電池難以滿足新能源汽車動力電池等對高能量密度的使用需求,單質(zhì)硅是已知理論容量最高的負極材料(4200mah/g),這高于商用石墨負極(372mah/g)。同時具有較豐富的地殼儲量,與合適的工作電壓,被認為是最具有潛力的高容量負極材料之首選材料。
然而,硅作為半導體材料,對鋰離子和電子的傳導能力差,且硅和鋰合金化反應導致充放電過程中顆粒體積膨脹高達0-300%,極易導致電極結構破壞,電池容量衰減劇烈,以上問題嚴重限制了硅作為負極材料的規(guī)?;褂?,將硅顆粒減少到納米化尺寸控制于100nm以下。硅顆粒因隨著顆粒納米化后大幅降低硅的體積膨脹率,60nm納米硅膨脹率約為0-55%以減少電極內(nèi)部應力,并與導電碳材料復合已被證明可有效改善其電化學性能,也是目前高容量高性能硅負極材料研究所采取的主流方向。
現(xiàn)有技術制備納米硅主要以一氧化硅、二氧化硅、四氯氫硅、氧化亞硅等化學反應還原來制取納米級(100nm)以下納米硅,其投入設備規(guī)模巨大,對環(huán)境污染大,其實驗室小量試制可行,但到工業(yè)化批量生產(chǎn)帶來許多技術瓶頸難題,根本無法得以實施工業(yè)化大批量生產(chǎn)。
全球新能源汽車現(xiàn)狀是靠各國政府進行對車企補貼,采用鼓勵政策來發(fā)展新能源汽車,但長期依靠政府財政補貼是不可行的。要解決新能源汽車的快速發(fā)展,首先必須解決汽車動力電池的能量密度提高,提高續(xù)航里程,使普通老百姓購買新能源汽車害怕一次充電無法行駛長距離路程得以解決,才能解決新能源汽車真正市場化快速發(fā)展,我國才能真正意義上成為新能源汽車制造強國。
本發(fā)明前的現(xiàn)有技術的中國專利公開號如下:cn106058207a(中國科學技術大學)、cn106252622a(貝特瑞)、cn104466185a(中國科學院深圳先進技術研究院)、cn104362311a(清華大學深圳研究院)、cn102509781a(上海交通大學)、cn103545493a(中南大學)、cn10331522a(中國科學院過程工程研究所)、cn102790204a(中國科學院寧波材料研究所)。
技術實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是提供一種棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合負極材料及制備方法和用途。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
一種棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合負極材料,所述的單質(zhì)硅納米線團是用單質(zhì)硅納米線集結成的棉絮狀結構,單質(zhì)硅納米線團的外表面及其空隙中包覆著導電碳材料或混合導電材料形成鋰離子電池負極材料,所述的混合導電材料中至少有一種導電材料。
上述的單質(zhì)硅納米線團是用單質(zhì)硅納米顆粒集結成的棉絮狀結構,單質(zhì)硅納米線團的外表面及其空隙中包覆著導電碳材料或混合導電材料形成鋰離子電池負極材料,所述的混合導電材料中至少有一種導電材料。
上述的單質(zhì)硅納米線團是用單質(zhì)硅納米顆粒和單質(zhì)硅納米線集結成的棉絮狀結構,單質(zhì)硅納米線團的外表面及其空隙中包覆著導電碳材料或混合導電材料形成鋰離子電池負極材料,所述的混合導電材料中至少有一種導電材料。
上述單質(zhì)硅納米線團結構中,直徑為15nm-300nm的單質(zhì)硅納米線的質(zhì)量占單質(zhì)硅納米線團總質(zhì)量的50%以上;單質(zhì)硅納米線團結構中,直徑為0.5um-100um的單質(zhì)硅納米線團的質(zhì)量占單質(zhì)硅納米線團總質(zhì)量的50%以上。
上述導電碳材料為下列中高分子聚合物材料中的一種或多種:酚醛樹脂、瀝青、葡萄糖、蔗糖、淀粉、聚丙烯晴、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯;或所述導電碳材料由下列氣體之一或其組合轉(zhuǎn)化成的碳材料:甲烷氣、乙烷氣、丙烷氣、丙烯氣、乙炔氣、丙炔氣。
上述棉絮狀單質(zhì)硅納米線團的制備方法,包括以下步驟:
(1)將純度為98%-99.9999%的高純硅放入蒸汽反應爐內(nèi)的反應器內(nèi),用反應器內(nèi)的等離子體噴槍加熱高純硅成氣態(tài)高純硅,氣態(tài)高純硅通過管道進入生長控制器內(nèi)生長成控制尺寸的棉絮狀單質(zhì)硅納米線團,棉絮狀單質(zhì)硅納米線團與反應器內(nèi)的氣體一同通過管道進入收集器內(nèi)經(jīng)氣固分離得到固態(tài)的棉絮狀單質(zhì)硅納米線團,收集器出氣口連通的管道上連通有真空泵、抽風機、熱交換器,經(jīng)熱交換器后的冷卻氣體穿過反應爐與反應器內(nèi)腔連通,儲料桶的出料口和生長控制器的進料管均穿過反應器同反應器內(nèi)腔連通;所述的生長控制器前部的進料管道為前進料管、后部的出料管道為后出料管,前進料管長度與生長控制器內(nèi)徑之比為(0.1-10):1,前進料管的長度指的是反應器內(nèi)壁通往生長控制器進口內(nèi)壁的管道長度,前進料管內(nèi)徑與生長控制器內(nèi)徑之比為(0.05-0.8):1;通過控制物料進出生長控制器的流量、流向及冷卻速度以控制棉絮狀單質(zhì)硅納米線團的成團大小,從而得到要求的棉絮狀單質(zhì)硅納米線團;
(2)打開收集器出料閥口,取出棉絮狀單質(zhì)硅納米線團;棉絮狀單質(zhì)硅納米線團的純度為98%-99.9999%。
一種棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合負極材料的制備方法包括以下步驟:
(1)配制聚合物溶液:稱量單質(zhì)硅納米線團和中高分子聚合物,單質(zhì)硅納米線團占10%-90%,中高分子聚合物質(zhì)量百分比占10%-90%,將稱取的中高分子聚合物溶解于溶劑中,得1-30wt%的聚合物溶液;
(2)將步驟(1)稱取的單質(zhì)硅納米線團裝入步驟(1)制作的中高分子聚合物溶液中進行機械攪拌均勻分散混合或機械乳化分散混合或超聲均勻分散混合得到混合液;
(3)將步驟(2)制備的混合液,抽至150-350℃、100-500kpa的壓力容器內(nèi),進一步均勻分散混合,使中高分子聚合物更好的包覆單質(zhì)硅納米線團得到均勻混合液;
(4)將步驟(3)制備的均勻混合液經(jīng)過溶劑過濾或烤干或過濾后烤干得到混合物材料。
(5)碳化:將步驟(4)制備的混合液裝入成料舟中,放到加熱反應爐中在惰性氣體的保護下烘燒加熱到900-1600℃溫度保溫2-24小時對混合物進行碳化反應處理,然后自然降溫至200℃以下或至大氣自然溫度后,取出碳化反應后的物料,再經(jīng)粉碎、過篩,得到棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合負極材料。
上述的反應爐為真空管式爐、回轉(zhuǎn)爐、輥道窖、推板窖、加熱反應設備之一;所述的惰性氣體為氮氣、氖氣、氬氣、氦氣之一或其組合。
棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合負極材料極材料用于鋰電池的電池負極。
上述的鋰電池包括電池正極、電池負極、電解液和隔膜,所述的電池負極是用所述的鋰電池負極材料制成的。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術突出且有益的技術效果是:
1、本發(fā)明所制備的單質(zhì)硅(si)棉絮狀納米線團在物理氣相(pvd)真空密閉環(huán)境條件下生長成型,不采用無任何化學物質(zhì),對大氣環(huán)境及土壤不造成任何的污染。
2、本發(fā)明所制備的棉絮狀單質(zhì)硅納米線團即解決了硅材料在鋰離子電池負極材料在充放電脫嵌過程中的膨脹系數(shù)問題和膨脹過程中內(nèi)應力無釋放的空間問題,避免了硅材料的粉碎,造成的電板結構被破壞(例如爆炸等)。
3、本發(fā)明所制備的棉絮狀單質(zhì)硅納米線團,其單顆粒尺寸于0.5um-100um(圖2)對其分散處理極其容易,碳源材料也容易對其進行外表包覆。若納米硅單顆粒尺寸于20-100nm,雖然大幅降低了膨脹率問題,但其因單顆粒尺寸太小,極不易均勻分散,造成碳源材料不易均勻?qū)ζ渫獗淼陌矄栴}。
4、本發(fā)明開發(fā)的新型高比容量的鋰離子電池負極材料,對納米硅進行瀝青軟化包覆,可避免硅顆粒與電解液直接接觸,減緩容量衰減速度,同時縮短了鋰離子的擴散路徑,保證了電極材料的電子傳導不會喪失,即提高了首次充放電效率、充放電容量和循環(huán)性能。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的單質(zhì)硅納米線的電子顯微鏡觀察照片。
圖2是本發(fā)明用單質(zhì)硅納米線集結成的棉絮狀結構的單質(zhì)硅納米線團的電子顯微鏡觀察照片。
圖3是本發(fā)明實施例1制作的鋰離子電池首次充電比容量達到2392mah/g,首次放電比容量2033mah/g,100次循環(huán)充放電之放電比容量與放電次數(shù)的關系曲線(實線)圖,圖中虛線為指示線。
圖4是本發(fā)明實施例4制作的鋰離子電池首次充電比容量達到1768mah/g,首次放電比容量1415mah/g,100次循環(huán)充放電之放電比容量與放電次數(shù)的關系曲線(實線)圖,圖中虛線為指示線。
圖5是用單質(zhì)硅納米顆粒集結成的棉絮狀結構的單質(zhì)硅納米線團的電子顯微鏡觀察照片之一。
圖6是用單質(zhì)硅納米顆粒集結成的棉絮狀結構的單質(zhì)硅納米線團的電子顯微鏡觀察照片之二。
圖7是用單質(zhì)硅納米顆粒集結成的棉絮狀結構的多個單質(zhì)硅納米線團的電子顯微鏡觀察照片,以顯示單質(zhì)硅納米線團具有不同的大小。
具體實施方式
參見圖1—圖7:
一種棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合負極材料,一種單質(zhì)硅納米線團是用單質(zhì)硅納米線集結成的棉絮狀結構,單質(zhì)硅納米線團的外表面及其空隙中包覆著導電碳材料或混合導電材料形成鋰離子電池負極材料,所述的混合導電材料中至少有一種導電材料。
上述的單質(zhì)硅納米線團是用單質(zhì)硅納米顆粒集結成的棉絮狀結構,單質(zhì)硅納米線團的外表面及其空隙中包覆著導電碳材料或混合導電材料形成鋰離子電池負極材料,所述的混合導電材料中至少有一種導電材料。
上述的單質(zhì)硅納米線團是用單質(zhì)硅納米顆粒和單質(zhì)硅納米線集結成的棉絮狀結構,單質(zhì)硅納米線團的外表面及其空隙中包覆著導電碳材料或混合導電材料形成鋰離子電池負極材料,所述的混合導電材料中至少有一種導電材料。
上述單質(zhì)硅納米線團結構中,直徑為15nm-300nm的單質(zhì)硅納米線的質(zhì)量占單質(zhì)硅納米線團總質(zhì)量的50%以上;單質(zhì)硅納米線團結構中,直徑為0.5um-100um的單質(zhì)硅納米線團的質(zhì)量占單質(zhì)硅納米線團總質(zhì)量的50%以上。
上述導電碳材料為下列中高分子聚合物材料中的一種或多種:酚醛樹脂、瀝青、葡萄糖、蔗糖、淀粉、聚丙烯晴、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯;或所述導電碳材料由下列氣體之一或其組合轉(zhuǎn)化成的碳材料:甲烷氣、乙烷氣、丙烷氣、丙烯氣、乙炔氣、丙炔氣。
上述棉絮狀單質(zhì)硅納米線團的制備方法,包括以下步驟:
(1)將純度為98%-99.9999%的高純硅放入蒸汽反應爐內(nèi)的反應器內(nèi),用反應器內(nèi)的等離子體噴槍加熱高純硅成氣態(tài)高純硅,氣態(tài)高純硅通過管道進入生長控制器內(nèi)生長成控制尺寸的棉絮狀單質(zhì)硅納米線團,棉絮狀單質(zhì)硅納米線團與反應器內(nèi)的氣體一同通過管道進入收集器內(nèi)經(jīng)氣固分離得到固態(tài)的棉絮狀單質(zhì)硅納米線團,收集器出氣口連通的管道上連通有真空泵、抽風機、熱交換器,經(jīng)熱交換器后的冷卻氣體穿過反應爐與反應器內(nèi)腔連通,儲料桶的出料口和生長控制器的進料管均穿過反應器同反應器內(nèi)腔連通;所述的生長控制器前部的進料管道為前進料管、后部的出料管道為后出料管,前進料管長度與生長控制器內(nèi)徑之比為(0.1-10):1,前進料管的長度指的是反應器內(nèi)壁通往生長控制器進口內(nèi)壁的管道長度,前進料管內(nèi)徑與生長控制器內(nèi)徑之比為(0.05-0.8):1;通過控制物料進出生長控制器的流量、流向及冷卻速度以控制棉絮狀單質(zhì)硅納米線團的成團大小,從而得到要求的棉絮狀單質(zhì)硅納米線團;
(2)打開收集器出料閥口,取出棉絮狀單質(zhì)硅納米線團;棉絮狀單質(zhì)硅納米線團的純度為98%-99.9999%。
所述的反應器是采用耐高溫材料例如氧化鋯、石墨、石英、合金等耐高溫材料制成的坩堝容器。
一種棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合負極材料的制備方法包括以下步驟:
(1)配制聚合物溶液:稱量單質(zhì)硅納米線團和中高分子聚合物,單質(zhì)硅納米線團占10%-90%,中高分子聚合物質(zhì)量百分比占10%-90%,將稱取的中高分子聚合物溶解于溶劑中,得1-30wt%的聚合物溶液;
(2)將步驟(1)稱取的單質(zhì)硅納米線團裝入步驟(1)制作的中高分子聚合物溶液中進行機械攪拌均勻分散混合或機械乳化分散混合或超聲均勻分散混合得到混合液;
(3)將步驟(2)制備的混合液,抽至150-350℃、100-500kpa的壓力容器內(nèi),進一步均勻分散混合,使中高分子聚合物更好的包覆單質(zhì)硅納米線團得到均勻混合液;
(4)將步驟(3)制備的均勻混合液經(jīng)過溶劑過濾或烤干或過濾后烤干得到混合物材料。
(5)碳化:將步驟(4)制備的混合液裝入成料舟中,放到加熱反應爐中在惰性氣體的保護下烘燒加熱到900-1600℃溫度保溫2-24小時對混合物進行碳化反應處理,然后自然降溫至200℃以下或至大氣自然溫度后,取出碳化反應后的物料,再經(jīng)粉碎、過篩,得到棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合負極材料。
上述的反應爐為真空管式爐、回轉(zhuǎn)爐、輥道窖、推板窖、加熱反應設備之一;所述的惰性氣體為氮氣、氖氣、氬氣、氦氣之一或其組合。
棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合負極材料極材料用于鋰電池的電池負極。
上述的鋰電池包括電池正極、電池負極、電解液和隔膜,所述的電池負極是用所述的鋰電池負極材料制成的。
為了更好的理解本發(fā)明,下面結合附圖以具體實施例對本發(fā)明作進一步描述,但是為了容易閱讀,部分內(nèi)容做了簡化處理,詳細過程可參閱上文:
實施例1:
稱取2克高溫石油瀝青(呂特格(上海)貿(mào)易有限公司提供)溶于150ml乙醇中,得到聚合物溶液,再加入4克棉絮狀單質(zhì)硅納米線團,進行機械乳化分散攪拌混合10min-120min,使棉絮狀單質(zhì)硅納米線團充分分散混合在聚合物溶液中,將得到充分分散均勻的混合物溶液抽至高溫壓力容器中更進一步分散混合均勻,使瀝青混合物溶液更好包覆于棉絮狀單質(zhì)硅納米線團。
將高溫壓力容器內(nèi)的溶劑過濾,得到粘稠狀的混合物,即為高溫石油瀝青包覆棉絮狀單質(zhì)硅納米線團復合材料,將其轉(zhuǎn)入放料舟中,在氬氣氣氛保護下,裝入真空管式加熱爐加熱至1150℃,保溫4小時,在此過程中瀝青發(fā)出碳化反應,冷卻后取出5.9的復合材料,再經(jīng)粉碎、過篩,得到棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合負極材料。
通過熱重分析儀測得該復合負極材料中棉絮狀單質(zhì)硅納米線團含量為68%。
將所得到的棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合負極材料分別與導電劑乙炔黑,粘結劑pvdf按質(zhì)量百分比79:10:11混合,其中稱取棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合負極材料2.37g,乙炔黑0.3g,pvdf0.33g,用nmp(1-甲基-2-吡咯環(huán)酮)將以上混合物調(diào)成漿料,均勻涂覆在銅箔上,110°真空干燥20小時,制得實驗用電池用極片,以鋰片為對應電極,電解液1mol/l,lipec的ec(乙基碳酸酯)+dmc(二甲基碳酸酯)體積比1:1溶液,隔膜為lelgard2400膜,在充滿氬氣氣氛的手套箱內(nèi)裝配成cr2025扣式電池。
如圖3所示,按本實例所制作的電池,首次充電比容量達到2392mah/g,首次放電比容量2033mah/g,第二次充電比容量達1913mah/g,第二次放電比容量為1735mah/g。
這主要是首次放電過程中生成固態(tài)電解質(zhì)膜(sei)膜以及部分不可逆反應,如部分碳未包覆的單質(zhì)硅納米線空心棉顆粒,裂開脫落,復合材料中有少量氧會跟鋰結合生成氧化鋰導致的。但首次沖放電之后隨著循環(huán)次數(shù)的增加,電池比容量衰減并不明顯,100次循環(huán)后放電容量仍然保持在1659mah/g,說明了棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合材料的碳外殼有效抑制了硅的體積膨脹效應,改善了鋰離子電池的循環(huán)性能。
實施例2:
(1)稱取2克高溫石油瀝青(呂特格(上海)貿(mào)易有限公司提供)溶于150ml乙醇中,得到聚合物溶液,再加入2克棉絮狀單質(zhì)硅納米線團,進行機械乳化分散攪拌混合10min-120min,使棉絮狀單質(zhì)硅納米線團充分分散混合在聚合物溶液中,將得到充分分散均勻的混合物溶液抽至高溫壓力容器中更進一步分散混合均勻,使瀝青混合物溶液更好包覆于棉絮狀單質(zhì)硅納米線團。
(2)將高溫壓力容器內(nèi)的溶劑過濾,得到粘稠狀的混合物,即為高溫石油瀝青包覆棉絮狀單質(zhì)硅納米線團復合材料,將其轉(zhuǎn)入放料瓷舟中,在氬氣氣氛保護下,裝入真空管式加熱爐加熱至1150℃,保溫4小時,在此過程中瀝青發(fā)出碳化反應,冷卻后取出3.9克多孔導電碳包覆棉絮狀單質(zhì)硅納米線團復合材料。
(3)通過熱重分析儀測得該復合材料含棉絮狀單質(zhì)硅納米線團含量為52%。
(4)將所得到的棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合負極材料分別與導電劑乙炔黑,粘結劑pvdf按質(zhì)量百分比79:10:11混合,其中稱取單質(zhì)硅納米線空心棉/碳負極材料2.37g,乙炔黑0.3g,pvdf0.33g,用nmp(1-甲基-2-吡咯環(huán)酮)將以上混合物調(diào)成漿料,均勻涂覆在銅箔上,110°真空干燥20小時,制得實驗用電池用極片,以鋰片為對應電極,電解液1mol/l,lipec的ec(乙基碳酸酯)+dmc(二甲基碳酸酯)體積比1:1溶液,隔膜為lelgard2400膜,在充滿氬氣氣氛的手套箱內(nèi)裝配成cr2025扣式電池。
(5)按本實例所制作的電池,首次充電比容量達到1885mah/g,首次放電比容量1658.8mah/g,第二次充電比容量達1715mah/g,第二次放電比為1542mah/g.
這主要是首次放電過程中生成固態(tài)電解質(zhì)膜(sei)膜以及部分不可逆反應,如部分碳未包覆的單質(zhì)硅納米線空心棉顆粒,裂開脫落,復合材料中有銷量氧會跟鋰結合生成氧化鋰導致的。但首次沖放電之后隨著循環(huán)次數(shù)的增加,電池比容量衰減并不明顯,100次循環(huán)后放電容量仍然保持在1563mah/g,說明了棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合材料的碳外殼有效抑制了硅的體積膨脹效應,改善了鋰離子電池的循環(huán)性能。
實施例3:
(1)稱取濃度85%葡萄糖2克(市場供應)溶于120ml乙醇,形成葡萄糖溶液,再加入4克棉絮狀單質(zhì)硅納米線團并攪拌均勻,使葡萄糖溶液更好包覆于棉絮狀單質(zhì)硅納米線團;
(2)碳化并冷卻后取出5.7克碳包覆棉絮狀單質(zhì)硅納米線團,再經(jīng)粉碎、過篩,得到棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合負極材料;
(3)其中:棉絮狀單質(zhì)硅納米線團含量為70%;
(4)將所得到的棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合負極材料分別與導電劑乙炔黑,粘結劑pvdf按質(zhì)量百分比79:10:11,稱取棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合負極材料2.37g,乙炔黑0.3g,pvdf0.33g,用nmp(1-甲基-2-吡咯環(huán)酮)將以上混合物調(diào)成漿料,均勻涂覆在銅箔上,110°真空干燥20小時,制得實驗用電池用極片,以鋰片為對應電極,電解液1mol/l,lipec的ec(乙基碳酸酯)+dmc(二甲基碳酸酯)體積比1:1溶液,隔膜為lelgard2400膜,在充滿氬氣氣氛的手套箱內(nèi)裝配成cr2025扣式電池;
(5)按本案例所制作的電池,首次充電比容量達到2420mah/g,首次放電比容量1985mah/g,第二次充電比容量達1936mah/g,第二次放電比為1645.6mah/g.這主要是首次放電過程中生成固態(tài)電解質(zhì)膜(sei)膜以及部分不可逆反應,如部分碳未包覆的單質(zhì)硅納米線空心棉顆粒,裂開脫落,復合材料中有銷量氧會跟鋰結合生成氧化鋰導致的。但首次沖放電之后隨著循環(huán)次數(shù)的增加,電池比容量衰減并不明顯,100次循環(huán)后放電容量仍然保持在1563mah/g,說明了棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合材料的碳外殼有效抑制了硅的體積膨脹效應,改善了鋰離子電池的循環(huán)性能。
實施例4:
(1)稱取濃度85%葡萄糖2克(市場供應)溶于120ml乙醇,形成葡萄糖溶液,再加入2克棉絮狀單質(zhì)硅納米線團并攪拌均勻,使葡萄糖溶液更好包覆于棉絮狀單質(zhì)硅納米線團;
(2)碳化并冷卻后取出3.7克碳包覆棉絮狀單質(zhì)硅納米線團,再經(jīng)粉碎、過篩,得到棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合負極材料;
(3)其中:棉絮狀單質(zhì)硅納米線團含量為54%;
(4)將所得到的棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合負極材料分別與導電劑乙炔黑,粘結劑pvdf按質(zhì)量百分比79:10:11,稱取棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合負極材料2.37g,乙炔黑0.3g,pvdf0.33g,用nmp(1-甲基-2-吡咯環(huán)酮)將以上混合物調(diào)成漿料,均勻涂覆在銅箔上,110°真空干燥20小時,制得實驗用電池用極片,以鋰片為對應電極,電解液1mol/l,lipec的ec(乙基碳酸酯)+dmc(二甲基碳酸酯)體積比1:1溶液,隔膜為lelgard2400膜,在充滿氬氣氣氛的手套箱內(nèi)裝配成cr2025扣式電池;
(5)如圖(4)所示,按本案例所制作的電池,首次充電比容量達到1768mah/g,首次放電比容量1415mah/g,第二次充電比容量達1502.8mah/g,第二次放電比容量為1203mah/g,這主要是首次放電過程中生成固態(tài)電解質(zhì)膜(sei)膜以及部分不可逆反應,如部分碳未包覆的棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合負極材料,裂開脫落,是復合材料中有少量氧會跟鋰結合生成氧化鋰導致的。但首次沖放電之后隨著循環(huán)次數(shù)的增加,電池比容量衰減并不明顯,100次循環(huán)后放電容量仍然保持在1118mah/g,說明了棉絮狀單質(zhì)硅納米線團/碳復合材料的碳外殼有效抑制了硅的體積膨脹效應,改善了鋰離子電池的循環(huán)性能。
上述實施例僅為本發(fā)明的較佳實施例,并非依此限制本發(fā)明的保護范圍,故:凡依本發(fā)明的結構、形狀、原理所做的等效變化,均應涵蓋于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。