CN109686956A - 一种硅基复合材料及其制备和应用 - Google Patents
一种硅基复合材料及其制备和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109686956A CN109686956A CN201811637344.8A CN201811637344A CN109686956A CN 109686956 A CN109686956 A CN 109686956A CN 201811637344 A CN201811637344 A CN 201811637344A CN 109686956 A CN109686956 A CN 109686956A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- composite material
- based composite
- silicon based
- silicon
- silica
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 51
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 50
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 36
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims abstract description 30
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 claims abstract description 28
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 claims description 16
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 13
- GKWLILHTTGWKLQ-UHFFFAOYSA-N 2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxine Chemical compound O1CCOC2=CSC=C21 GKWLILHTTGWKLQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 7
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 claims description 3
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims 1
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 33
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 9
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 abstract description 7
- 239000002322 conducting polymer Substances 0.000 abstract description 6
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 abstract description 4
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract 1
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- -1 i.e. Substances 0.000 description 3
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 2
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001290 LiPF6 Inorganic materials 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N [C].[Si] Chemical compound [C].[Si] HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000007767 bonding agent Substances 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 1
- 239000002153 silicon-carbon composite material Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/366—Composites as layered products
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/624—Electric conductive fillers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/628—Inhibitors, e.g. gassing inhibitors, corrosion inhibitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明公开了一种硅基复合材料,该复合材料由硅基材料与导电高分子材料组成。将上述原料混合球磨,然后进行烘烤,即制得本发明中硅基复合材料,该制备方法简单易行,适于工业化生产。由此制备的复合材料中,导电高分子材料均匀分布在硅基材料表面,当其应用于锂离子电池中时,能够有效缓解硅基材料在充放电过程中的体积膨胀,减少硅基颗粒与电解液之间的副反应;同时相互连接的导电高分子层在负极材料中形成交联网络,能够提高电极的电导率;在极片制作过程中,由于导电高分子的存在,能够部分或者全部替代导电剂的使用,继而提升电极极片活性材料的压实密度,提高电池的能量密度。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池材料开发领域,具体涉及一种硅基复合材料及其制备方法,以及包括此硅基复合材料的锂离子电池。
背景技术
随着化石能源的枯竭以及环境污染日益加重,开发清洁并稳定的能源已得到世界各国的重视并成为重要发展方向。近年来,储能技术得到极大的发展,其中锂离子电池因为其能量密度高、循环寿命长、环境友好等特点已成为最有竞争力的储能方案之一,并已广泛应用于便携式电子产品和新能源汽车中。传统的商用锂离子电池中,负极材料主要以石墨等碳基材料主,这些材料拥有优异的循环性能,但其理论比容量有限(300-400 mAh/g),已无法满足部分领域尤其是动力电池方面的需求。
硅基负极材料拥有极高的理论比容量(Si: 约为4200mAh/g, SiO: 约为1000mAh/g)和合适的嵌锂电位(0.1-0.2 V),因此得到广泛的关注。但是,硅基负极材料在嵌锂过程中会产生400%的体积膨胀,巨大的体积膨胀会使硅材料粉体破碎,继而导致破碎的硅材料失去与粘接剂之间的连接并从电极上脱落,最终使电池容量迅速衰减。同时硅基负极材料自身的电导率较低(10-9-10-10 S/cm),电子在电极材料中传导性能较差,所以通常在电极制作过程中需要添加乙炔黑等导电剂来提升其电导率。
为改善硅基负极材料因体积膨胀、低导电率带来的循环寿命较短的情况,目前主要采用硅材料的纳米化、硅与其它材料复合或者硅自身的结构设计等方法。公开号为CN106207142A名为《一种动力锂离子电池硅碳复合负极材料制备方法》的发明专利,采用聚酰亚胺对硅颗粒浆料进行包覆,通过喷雾干燥、煅烧、粉碎得到聚酰亚胺热解碳包覆的纳米硅材料。热解聚酰亚胺得到碳层均匀地覆盖在硅颗粒的表面,有效抑制了硅颗粒在充放电过程中的体积膨胀,提升了电池寿命。但这种方法涉及的工序较多,不易于工业化生产。公开号为CN107069007A名为《一种硅碳负极材料及其制备方法》的发明专利,该负极材料包括核结构和壳结构,核结构中均匀分布着微孔结构,微孔体积占核结构体积的1-80%,核孔结构的存在可以容纳充放电过程中硅的体积变化,以此提升负极材料的循环寿命。但核孔结构的存在降低了材料整体的压实密度,因此电池的能量密度也随之降低。
综上所述,开发一种电化学性能优异、制备途径简单并适于工业化生产的硅基复合材料对于促进锂离子电池的发展具有很好的推动作用。
发明内容
为了解决所述现有技术的不足,本发明提供了一种硅基复合材料,该复合材料由硅基材料与导电高分子材料组成。将上述原料混合球磨,然后进行烘烤,即制得本发明中硅基复合材料,该制备方法简单易行,适于工业化生产。由此制备的复合材料中,导电高分子材料均匀地分布在硅基材料表面,当其应用于锂离子电池中时,能够有效缓解硅基材料在充放电过程中的体积膨胀,减少硅基颗粒与电解液之间的副反应;同时相互连接的导电高分子层在负极材料中形成交联网络,能够提高电极的电导率;在极片制作过程中,由于导电高分子的存在,能够部分或者全部替代导电剂的使用,继而提升电极极片活性材料的压实密度,提高电池的能量密度。
本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现:
本发明提供了一种硅基复合材料,该复合材料由硅基材料和导电高分子材料组成,所述硅基材料的质量百分比为5-95%,所述导电高分子材料的质量百分比为5-95%。
进一步地,所述硅基材料为粒径20-2000nm的硅颗粒、粒径1-200μm的一氧化硅颗粒中的至少一种。
进一步地,所述导电高分子材料为聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯中的一种或几种。
优选地,所述聚噻吩为聚3,4-乙撑二氧噻吩。
本发明中硅基复合材料,导电高分子材料均匀分布在硅基材料表面,当复合材料粒径为纳米级时,导电高分子材料不会与硅基材料脱离,即复合材料在纳米级粒径范围内依然能保持均匀、稳定的形貌和性能,保证在使用过程中,充分发挥复合材料的功能。
本发明中还提供了一种上述硅基复合材料的制备方法,其特征在于:将所述硅基材料和所述导电高分子材料混合球磨0.2-50h,然后烘烤6-40h,制得所述硅基复合材料。
优选地,所述球磨速度为200-2000r/min;所述烘烤温度为60-120℃。
本发明中硅基复合材料的制备方法简单可控,制备成本低,适于工业化生产。
本发明中还提供了一种应用上述硅基复合材料的锂离子电池,所述锂离子电池的负极极片中活性材料为所述硅基复合材料。
进一步地,所述锂离子电池的负极极片中所述硅基复合材料的质量百分比为40-90%。
进一步地,所述负极极片中还包括质量分数为0-40%的导电剂和质量分数为1-40%的粘结剂。
在锂离子电池制造过程中,硅基复合材料作为活性成分,配合一定量的导电剂和粘结剂涂覆于负极集流体上制备负极极片。本发明硅基复合材料中导电高分子能够替代常规导电剂在极片中提升导电性能的作用,同时,导电高分子材料本身具有柔韧性,能吸收硅基材料在充电过程中体积膨胀带来的应力,减小材料的破损,即导电高分子还可以作为缓冲材料,缓解硅基材料在充放电过程中的体积效应,减小硅基材料的粉化现象,提升锂离子电池的使用寿命。
当导电高分子材料加入后,能够减少导电剂的使用量,甚至可以由导电高分子材料代替导电剂,从而增大活性物质的加入量和极片的压实密度,即增大锂离子电池的能量密度。同时,导电高分子材料在硅基材料表面相互连接形成交联导电网络,能够提高电极的电导率,增强锂离子电池内部的电化学性能。此外,导电高分子材料能很大程度上避免硅基材料与电解液的接触,减少充放电过程中电极材料与电解液之间的副反应,提高反应效率,延长锂离子电池的使用寿命。
本发明具有以下优点:
1. 本发明中导电高分子材料均匀分布在硅基材料表面,在纳米级的粒径范围内,硅基复合材料能够保持均匀稳定的形貌和性能,保证在使用过程中,充分发挥复合材料的功能。
2. 本发明中导电高分子材料能够减少常规导电剂的用量,提高电极中活性物质的含量,提升电极极片的压实密度,提高锂离子电池的能量密度。
3. 本发明中导电高分子材料能够缓解硅基材料在充放电过程中的体积效应,减小硅基材料与电解液之间的副反应,提高锂离子电池的电化学性能和使用寿命。
4. 本发明中硅基复合材料制备方法简单、成本低,适于工业化生产。
附图说明
图1为本发明中硅基复合材料的扫描电镜图。
图2为本发明中硅基复合材料的交流阻抗图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
1. 锂离子电池的制备。
实施例1
将10 g 粒径为100 nm的硅颗粒和2g聚3,4-乙撑二氧噻吩加入球磨罐中,球磨24 h,球磨速度为400r/min。球磨结束后,将复合材料在100℃条件下烘10h,加入聚偏氟乙烯1.5g作为粘结剂,导电炭黑0.5g作为导电剂,根据现有技术方法制成电极极片。制得的电极片以锂片为负极;聚丙烯微孔膜为隔膜;以电解质LiPF6、碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯混合溶液(体积比为1:1)为溶剂配制电解液;在手套箱中装配成CR2025型电池。本实施例中硅基复合材料扫描电镜图如附图1所示,由附图1可知,本实施例中导电高分子材料均匀分布于硅基材料表面。
实施例2
将5g 粒径为400 nm的硅颗粒和5 g 聚苯胺加入球磨罐中,球磨50 h,球磨速度为1000r/min。球磨结束后,将复合材料在80℃条件下烘20 h,加入聚偏氟乙烯1g作为粘结剂,按照实施例1中的方法制成电极片,并按照实施例1中方法装配成CR2025型电池。
实施例3
将4g 粒径为2μm的硅颗粒、4g粒径为5 μm的一氧化硅颗粒、1 g 聚3,4-乙撑二氧噻吩和1 g 聚吡咯加入球磨罐中,球磨10h,球磨速度为200r/min。球磨结束后,将复合材料在60℃条件下烘20h,加入聚偏氟乙烯1.5g作为粘结剂,按照实施例1中的方法制成电极片,并按照实施例1中方法装配成CR2025型电池。
实施例4
将9.7g 粒径为100 nm的硅颗粒和2g聚3,4-乙撑二氧噻吩加入球磨罐中,球磨24 h,球磨速度为400r/min。球磨结束后,将复合材料在100℃条件下烘10h,加入聚偏氟乙烯1.5g作为粘结剂,导电炭黑0.8g作为导电剂,按照实施例1中的方法制成电极片,并按照实施例1中方法装配成CR2025型电池。
实施例5
将9.5g 粒径为100 nm的硅颗粒和2g聚3,4-乙撑二氧噻吩加入球磨罐中,球磨24 h,球磨速度为400r/min。球磨结束后,将复合材料在100℃条件下烘10h,加入聚偏氟乙烯1.5g作为粘结剂,导电炭黑1g作为导电剂,按照实施例1中的方法制成电极片,并按照实施例1中方法装配成CR2025型电池。
实施例6
将8g 粒径为100 nm的硅颗粒和3g聚3,4-乙撑二氧噻吩加入球磨罐中,球磨24 h,球磨速度为400r/min。球磨结束后,将复合材料在100℃条件下烘10h,加入聚偏氟乙烯1.5g作为粘结剂,导电炭黑1.5g作为导电剂,按照实施例1中的方法制成电极片,并按照实施例1中方法装配成CR2025型电池。
实施例7
将7.5g 粒径为100 nm的硅颗粒和3g聚3,4-乙撑二氧噻吩加入球磨罐中,球磨24 h,球磨速度为400r/min。球磨结束后,将复合材料在100℃条件下烘10h,加入聚偏氟乙烯1.5g作为粘结剂,导电炭黑2g作为导电剂,按照实施例1中的方法制成电极片,并按照实施例1中方法装配成CR2025型电池。
实施例8
将6g 粒径为100 nm的硅颗粒和4g聚3,4-乙撑二氧噻吩加入球磨罐中,球磨24 h,球磨速度为400r/min。球磨结束后,将复合材料在100℃条件下烘10h,加入聚偏氟乙烯1.5g作为粘结剂,导电炭黑2.5g作为导电剂,按照实施例1中的方法制成电极片,并按照实施例1中方法装配成CR2025型电池。
实施例9
将8.5g 粒径为100 nm的硅颗粒和4g聚3,4-乙撑二氧噻吩加入球磨罐中,球磨24 h,球磨速度为400r/min。球磨结束后,将复合材料在100℃条件下烘10h,加入聚偏氟乙烯1.5g作为粘结剂,导电炭黑0g作为导电剂,按照实施例1中的方法制成电极片,并按照实施例1中方法装配成CR2025型电池。
实施例10
将7.5g 粒径为100 nm的硅颗粒和5g聚3,4-乙撑二氧噻吩加入球磨罐中,球磨24 h,球磨速度为400r/min。球磨结束后,将复合材料在100℃条件下烘10h,加入聚偏氟乙烯1.5g作为粘结剂,导电炭黑0g作为导电剂,按照实施例1中的方法制成电极片,并按照实施例1中方法装配成CR2025型电池。
2. 锂离子电池性能测试。
将实施例1-10中的锂离子电池用Land测试系统对电池进行电化学性能测试。实施例1中硅基复合材料的交流阻抗图如附图2所示,由附图2可知,实施例1中锂离子电池具有较低的电化学阻抗,说明实施例1中锂离子电池具有较好的电化学性能。
实施例1-10中硅基复合材料制得的电池的电化学性能如下表,表中容量保持率为5C倍率充放电200周后的容量保持率。
由上表可知,实施例1-10中锂离子电池均有较好的容量保持率。由附图1可知,本发明中硅基复合材料中导电高分子均匀分布在硅基材料表面。由附图2可知,本发明中制备硅基复合材料制备的锂离子电池具有较低的电化学阻抗,即具有较好的电化学性能。
实施例1、实施例4-10中,锂离子电池制备过程中,硅基材料、导电高分子材料、粘结剂、导电剂的用量之和相同,均为14g,且粘结剂均为1.5g,不同之处在于导电剂的用量不同。由实施例1、实施例4-10的测试结果可知锂离子电池的循环性能相差不大,但是循环性能有随着导电剂用量降低、活性材料用量升高而增强的趋势,说明本发明中硅基复合材料能够替换导电剂,通过减小导电剂的使用量、增加活性材料的使用来提高锂离子电池的电化学性能。
最后需要说明的是,以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制,尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换,而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种硅基复合材料,其特征在于:由硅基材料和导电高分子材料组成,所述硅基材料的质量百分比为5-95%,所述导电高分子材料的质量百分比为5-95%。
2.如权利要求1所述硅基复合材料,其特征在于:所述硅基材料为粒径20-2000nm的硅颗粒、粒径1-200μm的一氧化硅颗粒中的至少一种。
3.如权利要求1所述硅基复合材料,其特征在于:所述导电高分子材料为聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯中的一种或几种。
4.如权利要求3所述硅基复合材料,其特征在于:所述聚噻吩为聚3,4-乙撑二氧噻吩。
5.一种如权利要求1-4任一所述硅基复合材料的制备方法,其特征在于:将所述硅基材料和所述导电高分子材料混合球磨0.2-50h,然后烘烤6-40h,制得所述硅基复合材料。
6.如权利要求5所述硅基复合材料的制备方法,其特征在于:所述球磨速度为200-2000r/min。
7.如权利要求5所述硅基复合材料的制备方法,其特征在于:所述烘烤温度为60-120℃。
8.一种锂离子电池,其特征在于:所述锂离子电池的负极极片中活性材料为如权利要求1-4任一所述硅基复合材料。
9.如权利要求8所述锂离子电池,其特征在于:所述锂离子电池的负极极片中所述硅基复合材料的质量百分比为40-90%。
10.如权利要求8所述离子电池,其特征在于:所述负极极片中还包括质量分数为0-40%的导电剂和质量分数为1-40%的粘结剂。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811637344.8A CN109686956A (zh) | 2018-12-29 | 2018-12-29 | 一种硅基复合材料及其制备和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811637344.8A CN109686956A (zh) | 2018-12-29 | 2018-12-29 | 一种硅基复合材料及其制备和应用 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109686956A true CN109686956A (zh) | 2019-04-26 |
Family
ID=66190244
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201811637344.8A Pending CN109686956A (zh) | 2018-12-29 | 2018-12-29 | 一种硅基复合材料及其制备和应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109686956A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110416524A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-11-05 | 山东大学 | 聚噻吩/硅/石墨复合材料、负极材料及制备方法与应用 |
-
2018
- 2018-12-29 CN CN201811637344.8A patent/CN109686956A/zh active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110416524A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-11-05 | 山东大学 | 聚噻吩/硅/石墨复合材料、负极材料及制备方法与应用 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102239750B1 (ko) | 마이크로캡슐 타입 규소-탄소 복합물 네가티브 전극 물질, 및 이의 제조 방법 및 이의 용도 | |
CN100576610C (zh) | 一种含硅复合材料及其制备方法 | |
CN110010861A (zh) | 硅基复合材料及其制备方法、锂离子电池 | |
CN108383116A (zh) | 人造石墨负极材料及其制备方法和锂离子电池负极 | |
CN105702939B (zh) | 一种磷碳复合材料及其制备方法和应用 | |
CN106711461A (zh) | 一种球形多孔硅碳复合材料及其制备方法与用途 | |
CN109301215A (zh) | 一种高容量硅碳负极活性材料及其制备方法及其应用 | |
CN107959010B (zh) | 一种石墨复合材料及其制备方法 | |
CN110993884B (zh) | 锂离子电池负极浆料、制备方法、负极极片以及电池 | |
CN103633306A (zh) | 一种硅碳复合负极材料及其制备方法和锂离子电池 | |
CN107394137A (zh) | 一种高性能硅碳负极材料的制备方法 | |
CN113130870B (zh) | 一种复合硅材料和锂离子电池 | |
CN113659125B (zh) | 一种硅碳复合材料及其制备方法 | |
CN104617261A (zh) | 一种锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料制备方法 | |
CN114447305B (zh) | 一种多元碳基快充负极复合材料及其制备方法 | |
CN105720258A (zh) | 锂离子电池负极材料及其制备方法和应用、锂离子电池 | |
CN107359352A (zh) | 一种锂离子电池负极电极片及其制备方法和锂离子电池 | |
KR101795778B1 (ko) | 탄소 복합 실리콘 음극 활물질의 제조 방법, 이에 의하여 제조된 탄소 복합 실리콘 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 | |
CN113285050A (zh) | 一种Li-M-X基固态锂电池正极及其制备方法 | |
CN108630917A (zh) | 一种Si@C@纤维状碳@C复合材料及其制备方法和应用 | |
CN109686956A (zh) | 一种硅基复合材料及其制备和应用 | |
CN104766961B (zh) | 钠离子电池的低比表面积炭/炭复合负极材料的制备方法 | |
Wu et al. | Multifunctional binder 3M x for improving the cycle stability of rechargeable Li–S batteries | |
CN111029559A (zh) | 钛酸锂电池及其制备方法 | |
KR100663180B1 (ko) | 고에너지밀도 리튬 이차전지용 음극 활물질 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |