CN112652747A - 包覆形貌可控的复合材料的制备方法及其制备的材料 - Google Patents
包覆形貌可控的复合材料的制备方法及其制备的材料 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112652747A CN112652747A CN202011523061.8A CN202011523061A CN112652747A CN 112652747 A CN112652747 A CN 112652747A CN 202011523061 A CN202011523061 A CN 202011523061A CN 112652747 A CN112652747 A CN 112652747A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- suspension
- binder
- composite material
- stirring
- preparation
- 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 41
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 title abstract description 12
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 72
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 44
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 43
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000005543 nano-size silicon particle Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 8
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N [C].[Si] Chemical compound [C].[Si] HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 claims description 6
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 claims description 6
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 6
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 6
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 claims description 6
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 claims description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims description 4
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 4
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims description 4
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims description 4
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZQVKTHRQIXSMGY-UHFFFAOYSA-N 4-Ethylbenzoic acid Chemical compound CCC1=CC=C(C(O)=O)C=C1 ZQVKTHRQIXSMGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OTYYBJNSLLBAGE-UHFFFAOYSA-N CN1C(CCC1)=O.[N] Chemical compound CN1C(CCC1)=O.[N] OTYYBJNSLLBAGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 claims description 3
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 3
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 3
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 3
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 claims description 3
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 claims description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 3
- 150000001343 alkyl silanes Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011280 coal tar Substances 0.000 claims description 3
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 claims description 3
- GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N dodecyl benzenesulfonate;sodium Chemical compound [Na].CCCCCCCCCCCCOS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Substances CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920005546 furfural resin Polymers 0.000 claims description 3
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 3
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002931 mesocarbon microbead Substances 0.000 claims description 3
- -1 p-isooctyl phenyl Chemical group 0.000 claims description 3
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 claims description 3
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 3
- 239000000244 polyoxyethylene sorbitan monooleate Substances 0.000 claims description 3
- 235000010482 polyoxyethylene sorbitan monooleate Nutrition 0.000 claims description 3
- 229920000053 polysorbate 80 Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 3
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FZHAPNGMFPVSLP-UHFFFAOYSA-N silanamine Chemical compound [SiH3]N FZHAPNGMFPVSLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229940080264 sodium dodecylbenzenesulfonate Drugs 0.000 claims description 3
- 229910021384 soft carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000008107 starch Substances 0.000 claims description 3
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 claims description 3
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 claims description 3
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 239000012770 industrial material Substances 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 3
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011294 coal tar pitch Substances 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000002001 electrolyte material Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- 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
- H01M4/36—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
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
- H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
-
- 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
- H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
-
- 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
Abstract
本发明涉及一种包覆形貌可控的复合材料的制备方法及其制备的材料，所述制备方法包括：将纳米硅和分散剂在溶剂中混合，并进行超声搅拌形成均一分散的第一悬浊液；在保持搅拌的条件下，向所述第一悬浊液中添加适量粘结剂用以调整所述悬浊液的粘度，并继续超声搅拌，得到第二悬浊液；向所述第二悬浊液中加入碳材料微粉颗粒，继续超声搅拌，得到第三悬浊液；所述第三悬浊液的粘度在5mpa.s‑600mpa.s；对第三悬浊液进行喷雾干燥，得到纳米硅/碳材料/粘结剂复合材料，其中，在所述复合材料中，纳米硅通过所述粘结剂粘接包覆在碳材料颗粒表面，且所述包覆形貌根据所述粘结剂的加入量不同而改变。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种包覆形貌可控的复合材料的制备方法及其制备的材料。
背景技术
二次电池的电化学性能主要取决于所用电极材料和电解质材料的结构和性能，尤其是电极材料的选择和质量。近年来，碳电极材料性能的改善取得了很大进展，对材料进行表面包覆改性是提高电极材料电化学性能的重要手段。
但是，对于改性的机理研究还不够深入和明确，改性结果往往需要通过大量实验尝试，缺少一种方法简单易行且可控的制备方法。
发明内容
本发明实施例提供了一种包覆形貌可控的复合材料的制备方法及其制备的材料，该方法利用液相混合，将碳材料、纳米硅、粘结剂进行混合，并可通过调节粘结剂的量，控制溶液的粘度，从而调控喷雾干燥后的产物的包覆层形貌。本方法使用的材料均为简单易得的工业用料，设备均为现有设备，可行性高，有利于制造降低成本，使得复合材料的制备结果可控，能够有效提高电化学性能。
第一方面，本发明实施例提供了一种包覆形貌可控的复合材料的制备方法，包括：
将纳米硅和分散剂在溶剂中混合，并进行超声搅拌形成均一分散的第一悬浊液；
在保持搅拌的条件下，向所述第一悬浊液中添加适量粘结剂用以调整所述悬浊液的粘度，并继续超声搅拌，得到第二悬浊液；
向所述第二悬浊液中加入碳材料微粉颗粒，继续超声搅拌，得到第三悬浊液；所述第三悬浊液的粘度在5mpa.s-600mpa.s；
对第三悬浊液进行喷雾干燥，得到纳米硅/碳材料/粘结剂复合材料，其中，在所述复合材料中，纳米硅通过所述粘结剂粘接包覆在碳材料颗粒表面，且所述包覆形貌根据所述粘结剂的加入量不同而改变。
优选的，所述第三悬浊液的粘度在10mpa.s-300mpa.s。
优选的，所述将纳米硅和分散剂在溶剂中混合，并进行超声搅拌形成均一分散的第一悬浊液具体为：
按照分散剂占比硅碳总重的3％-30％将纳米硅和分散剂在溶剂中混合，并以100W-1000W的超声功率，在1000-2000rpm的搅拌速度下超声搅拌1-2小时，形成均一分散的第一悬浊液。
优选的，所述向所述第一悬浊液中添加适量粘结剂用以调整所述悬浊液的粘度，并继续超声搅拌，得到第二悬浊液具体为：
根据所需得到复合材料的包覆形貌，向所述第一悬浊液中添加粘结剂，并以100W-1000W的超声功率，在1000-2000rpm的搅拌速度下继续超声搅拌1-2小时，形成第二悬浊液；其中所述粘结剂的添加量控制在粘结剂占比硅碳总重的3％-30％的范围内。
优选的，所述向所述第二悬浊液中加入碳材料微粉颗粒，继续超声搅拌，得到第三悬浊液具体为：
按照纳米硅：碳材料为1:1.5-1:8的比例，向所述第二悬浊液中加入碳材料微粉颗粒，并以100W-1000W的超声功率，在1000-2000rpm的搅拌速度下继续超声搅拌1-5小时，得到第三悬浊液；其中，所述碳材料微粉颗粒的粒径在5微米-50微米。
优选的，所述喷雾干燥的进风温度为120℃-200℃，出风温度为40℃-100℃，旋风风速的配置参数为60Hz，泵速的配置参数为10％-30％。
优选的，所述分散剂包括：十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇对异辛基苯基醚、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、对乙基苯甲酸、聚醚酰亚胺、十二烷基苯磺酸钠、烷基硅烷偶联剂或氨基硅烷偶联剂中的任意一种或者至少两种的混合物；
所述碳材料包括：人造石墨、天然球形石墨、天然鳞片石墨、硬碳、软碳、中间相碳微球中的任意一种或者至少两种的混合物；
所述粘结剂包括：沥青、煤焦油、聚乙烯醇、丁苯橡胶、聚苯乙烯、聚丙烯腈、酚醛树脂、糠醛树脂、环氧树脂、葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、淀粉等一种或几种；
所述溶剂包括：水、乙醇、甲醇、丁醇、丙醇、异丙醇、乙酸乙酯、氮甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、环己烷、氯仿等一种或多种的组合。
优选的，所述粘结剂具体包括：沥青、柠檬酸、环氧树脂或蔗糖的一种或几种。
优选的，在5mpa.s-600mpa.s的第三悬浊液的粘度范围内，所述包覆形貌的规整程度和包覆紧密度与所述第三悬浊液的粘度大小具有正相关性。
第二方面，本发明实施例提供了一种第一方面所述的包覆形貌可控的复合材料的制备方法制备得到的纳米硅/碳材料/粘结剂复合材料。
本发明提出的包覆形貌可控的复合材料的制备方法利用液相混合，将碳材料、纳米硅、粘结剂进行混合，并可通过调节粘结剂的量，控制溶液的粘度，从而调控喷雾干燥后的产物的包覆层形貌。本方法使用的材料均为简单易得的工业用料，设备均为现有设备，可行性高，有利于制造降低成本，使得复合材料的制备结果可控，制备所得纳米硅/碳材料/粘结剂复合材料能够用于锂离子电池负极材料，具有良好的电化学性能。
附图说明
下面通过附图和实施例，对本发明实施例的技术方案做进一步详细描述。
图1是本发明实施例的包覆形貌可控的复合材料的制备方法流程图；
图2是本发明实施例1制备得到的复合材料的扫描电镜图；
图3是本发明实施例2制备得到的复合材料的扫描电镜图；
图4是本发明实施例3制备得到的复合材料的扫描电镜图。
具体实施方式
下面通过附图和具体的实施例，对本发明进行进一步的说明，但应当理解为这些实施例仅仅是用于更详细说明之用，而不应理解为用以任何形式限制本发明，即并不意于限制本发明的保护范围。
本发明的提出了一种包覆形貌可控的复合材料的制备方法，可以通过如图1所示的制备方法步骤获得。下面结合图1进行说明。
步骤110，将纳米硅和分散剂在溶剂中混合，并进行超声搅拌形成均一分散的第一悬浊液；
具体的，按照分散剂占比硅碳总重的3％-30％将纳米硅和分散剂在溶剂中混合，并以100W-1000W的超声功率，在1000-2000rpm的搅拌速度下超声搅拌1-2小时，形成均一分散的第一悬浊液。
分散剂包括：十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇对异辛基苯基醚、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、对乙基苯甲酸、聚醚酰亚胺、十二烷基苯磺酸钠、烷基硅烷偶联剂或氨基硅烷偶联剂中的任意一种或者至少两种的混合物；
溶剂包括：水、乙醇、甲醇、丁醇、丙醇、异丙醇、乙酸乙酯、氮甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、环己烷、氯仿等一种或多种的组合。纳米硅的粒径在D10约50nm，D50约100nm，D99小于300nm。
步骤120，在保持搅拌的条件下，向第一悬浊液中添加适量粘结剂用以调整悬浊液的粘度，并继续超声搅拌，得到第二悬浊液；
具体的，根据所需得到复合材料的包覆形貌，向第一悬浊液中添加粘结剂，并以100W-1000W的超声功率，在1000-2000rpm的搅拌速度下继续超声搅拌1-2小时，形成第二悬浊液；其中粘结剂的添加量控制在粘结剂占比硅碳总重的3％-30％的范围内。
粘结剂包括：沥青、煤焦油、聚乙烯醇、丁苯橡胶、聚苯乙烯、聚丙烯腈、酚醛树脂、糠醛树脂、环氧树脂、葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、淀粉等一种或几种。优选的为沥青、柠檬酸、环氧树脂或蔗糖中的一种或几种。
步骤130，向第二悬浊液中加入碳材料微粉颗粒，继续超声搅拌，得到第三悬浊液；第三悬浊液的粘度在5mpa.s-600mpa.s；
具体的，按照纳米硅：碳材料为1:1.5-1:8的比例，向第二悬浊液中加入碳材料微粉颗粒，并以100W-1000W的超声功率，在1000-2000rpm的搅拌速度下继续超声搅拌1-5小时，得到第三悬浊液；
其中，碳材料包括：人造石墨、天然球形石墨、天然鳞片石墨、硬碳、软碳、中间相碳微球中的任意一种或者至少两种的混合物；碳材料微粉颗粒的粒径在5微米-50微米。
在优选的实施例中，第三悬浊液的粘度在10mpa.s-300mpa.s。
步骤140，对第三悬浊液进行喷雾干燥，得到纳米硅/碳材料/粘结剂复合材料。
其中，在复合材料中，纳米硅通过粘结剂粘接包覆在碳材料颗粒表面，且包覆形貌根据粘结剂的加入量不同而改变。
具体的，喷雾干燥的进风温度为120℃-200℃，出风温度为40℃-100℃，旋风风速的配置参数为60Hz，泵速的配置参数为10％-30％。
在5mpa.s-600mpa.s的第三悬浊液的粘度范围内，包覆形貌的规整程度和包覆紧密度与第三悬浊液的粘度大小具有正相关性。
本发明提出的包覆形貌可控的复合材料的制备方法利用液相混合，将碳材料、纳米硅、粘结剂进行混合，并可通过调节粘结剂的量，控制溶液的粘度，从而调控喷雾干燥后的产物的包覆层形貌。本方法使用的材料均为简单易得的工业用料，设备均为现有设备，可行性高，有利于制造降低成本，使得复合材料的制备结果可控，制备所得纳米硅/碳材料/粘结剂复合材料能够用于锂离子电池负极材料，具有良好的电化学性能。
为更好的理解本发明提供的技术方案，下述以3个具体实例分别说明应用本发明上述实施例提供的方法制备复合材料的具体过程，以及所得材料的特性。
实施例1
利用洁净容器，称取1kg异丙醇，然后加入纳米硅粉和分散剂聚乙烯吡咯烷酮，纳米硅粒径为100nm左右，超声搅拌1小时，形成第一悬浊液。
保持搅拌条件下，向第一悬浊液中加入粘结剂柠檬酸，柠檬酸占比硅碳总重的10％，2000rpm转速下，超声搅拌1小时后，形成第二悬浊液。
加入石墨微粉颗粒，粒径在5-50微米，继续超声搅拌1小时后，形成第三悬浊液，第三悬浊液的粘度为120mpa.s。
对第三悬浊液进行喷雾干燥，其中进风温度为140℃，出风温度为70℃，旋风风速的配置参数为40Hz，泵速的配置参数为15％。最后得到喷雾干燥产物-复合材料I。
所得复合材料I的粒度D50为14.4μm，比表面积18.3m2/g。扫描电镜测得形貌如图2所示。
实施例2
本实施制备方式与具体实施例1的不同点在于：更换粘结剂为10％酚醛树脂，加入量占比硅碳总质量的10％，其他具体操作和实施例1相同。所得第三悬浊液的粘度为8mpa.s。最后得到喷雾干燥产物-复合材料II。
所得复合材料II的粒度D50为13.1μm，比表面积23.3m2/g。扫描电镜测得形貌如图3所示。
实施例3
本实施制备方式与具体实施例1的不同点在于：更换粘结剂为10％煤沥青，加入量占比硅碳总质量的10％，其他具体操作和实施例1相同。所得第三悬浊液的粘度为280mpa.s。最后得到喷雾干燥产物-复合材料III。
所得复合材料III的粒度D50为13.5μm，比表面积16.5m2/g。扫描电镜测得形貌如图4所示。
根据扫描电镜结果可以看出，在优选的粘度区间内，随着溶液粘度的增加，喷雾产物的表面形貌明显变得更加光滑紧实，也因此样品比表更小，这对材料的首效提高有很大的积极作用。因此，在粘度优选区间内，包覆形貌的规整程度和包覆紧密度与第三悬浊液的粘度大小成正相关。这里说明一下，和粘度成正相关，并不表示与粘结剂的添加量也成正相关，因为不同粘结剂想达到相同粘度，添加量是不同的。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种包覆形貌可控的复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将纳米硅和分散剂在溶剂中混合，并进行超声搅拌形成均一分散的第一悬浊液；
在保持搅拌的条件下，向所述第一悬浊液中添加适量粘结剂用以调整所述悬浊液的粘度，并继续超声搅拌，得到第二悬浊液；
向所述第二悬浊液中加入碳材料微粉颗粒，继续超声搅拌，得到第三悬浊液；所述第三悬浊液的粘度在5mpa.s-600mpa.s；
对第三悬浊液进行喷雾干燥，得到纳米硅/碳材料/粘结剂复合材料，其中，在所述复合材料中，纳米硅通过所述粘结剂粘接包覆在碳材料颗粒表面，且所述包覆形貌根据所述粘结剂的加入量不同而改变。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第三悬浊液的粘度在10mpa.s-300mpa.s。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将纳米硅和分散剂在溶剂中混合，并进行超声搅拌形成均一分散的第一悬浊液具体为：
按照分散剂占比硅碳总重的3％-30％将纳米硅和分散剂在溶剂中混合，并以100W-1000W的超声功率，在1000-2000rpm的搅拌速度下超声搅拌1-2小时，形成均一分散的第一悬浊液。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述向所述第一悬浊液中添加适量粘结剂用以调整所述悬浊液的粘度，并继续超声搅拌，得到第二悬浊液具体为：
根据所需得到复合材料的包覆形貌，向所述第一悬浊液中添加粘结剂，并以100W-1000W的超声功率，在1000-2000rpm的搅拌速度下继续超声搅拌1-2小时，形成第二悬浊液；其中所述粘结剂的添加量控制在粘结剂占比硅碳总重的3％-30％的范围内。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述向所述第二悬浊液中加入碳材料微粉颗粒，继续超声搅拌，得到第三悬浊液具体为：
按照纳米硅：碳材料为1:1.5-1:8的比例，向所述第二悬浊液中加入碳材料微粉颗粒，并以100W-1000W的超声功率，在1000-2000rpm的搅拌速度下继续超声搅拌1-5小时，得到第三悬浊液；其中，所述碳材料微粉颗粒的粒径在5微米-50微米。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述喷雾干燥的进风温度为120℃-200℃，出风温度为40℃-100℃，旋风风速的配置参数为60Hz，泵速的配置参数为10％-30％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述分散剂包括：十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇对异辛基苯基醚、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、对乙基苯甲酸、聚醚酰亚胺、十二烷基苯磺酸钠、烷基硅烷偶联剂或氨基硅烷偶联剂中的任意一种或者至少两种的混合物；
所述碳材料包括：人造石墨、天然球形石墨、天然鳞片石墨、硬碳、软碳、中间相碳微球中的任意一种或者至少两种的混合物；
所述粘结剂包括：沥青、煤焦油、聚乙烯醇、丁苯橡胶、聚苯乙烯、聚丙烯腈、酚醛树脂、糠醛树脂、环氧树脂、葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、淀粉等一种或几种；
所述溶剂包括：水、乙醇、甲醇、丁醇、丙醇、异丙醇、乙酸乙酯、氮甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、环己烷、氯仿等一种或多种的组合。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂具体包括：沥青、柠檬酸、环氧树脂或蔗糖中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在5mpa.s-600mpa.s的第三悬浊液的粘度范围内，所述包覆形貌的规整程度和包覆紧密度与所述第三悬浊液的粘度大小具有正相关性。
10.一种上述权利要求1-9任一所述的包覆形貌可控的复合材料的制备方法制备得到的纳米硅/碳材料/粘结剂复合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011523061.8A CN112652747A (zh) | 2020-12-21 | 2020-12-21 | 包覆形貌可控的复合材料的制备方法及其制备的材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011523061.8A CN112652747A (zh) | 2020-12-21 | 2020-12-21 | 包覆形貌可控的复合材料的制备方法及其制备的材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112652747A true CN112652747A (zh) | 2021-04-13 |
Family
ID=75358798
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011523061.8A Pending CN112652747A (zh) | 2020-12-21 | 2020-12-21 | 包覆形貌可控的复合材料的制备方法及其制备的材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112652747A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103367727A (zh) * | 2013-07-12 | 2013-10-23 | 深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司 | 一种锂离子电池硅碳负极材料及其制备方法 |
| CN107946568A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-04-20 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种高性能氧化亚硅/硬碳/石墨复合材料及其制备方法与应用 |
| CN111477861A (zh) * | 2020-05-11 | 2020-07-31 | 四川聚创石墨烯科技有限公司 | 一种硅碳负极材料的制备工艺 |
-
2020
- 2020-12-21 CN CN202011523061.8A patent/CN112652747A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103367727A (zh) * | 2013-07-12 | 2013-10-23 | 深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司 | 一种锂离子电池硅碳负极材料及其制备方法 |
| CN107946568A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-04-20 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种高性能氧化亚硅/硬碳/石墨复合材料及其制备方法与应用 |
| CN111477861A (zh) * | 2020-05-11 | 2020-07-31 | 四川聚创石墨烯科技有限公司 | 一种硅碳负极材料的制备工艺 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102239750B1 (ko) | 마이크로캡슐 타입 규소-탄소 복합물 네가티브 전극 물질, 및 이의 제조 방법 및 이의 용도 | |
| CN104752696A (zh) | 一种石墨烯基硅碳复合负极材料的制备方法 | |
| CN108123111A (zh) | 一种锂离子电池用硅基复合负极材料、其制备方法及包含该材料的锂离子电池负极 | |
| CN106784640A (zh) | 锂离子电池用硅基复合负极材料、其制备方法及包含该材料的锂离子电池负极 | |
| CN112652770A (zh) | 低比表面积的硅碳负极材料及其制备方法 | |
| CN107565112A (zh) | 一种石墨烯包覆锂离子二次电池正极材料的制备方法 | |
| CN105720258B (zh) | 锂离子电池负极材料及其制备方法和应用、锂离子电池 | |
| CN106276910B (zh) | 一种锂离子电池用低温石墨负极材料制备方法 | |
| CN110061190A (zh) | 液态金属基自愈合锂电负极及制备方法和锂离子电池 | |
| CN103794765A (zh) | 一种锂离子电池石墨负极材料及其制备方法 | |
| CN104425802B (zh) | 硅基复合材料、其制备方法、应用及其制得的锂离子电池 | |
| CN113745465B (zh) | 一种硅碳复合材料的制备方法 | |
| CN105609743A (zh) | 一种用于锂离子电池负极的SiOx-C-CNT复合材料的制备方法 | |
| CN102702796A (zh) | 改善纳米硅研磨液分散性能的方法 | |
| CN100383037C (zh) | 一种碳材料/纳米硅复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN109879303B (zh) | 一种在水溶液中稳定悬浮分散的纳米碳酸钙的制备方法 | |
| CN106450330B (zh) | 一种锂电池专用异构石墨烯导电剂及其制备方法 | |
| CN108470910B (zh) | 一种交联型复合粘接剂及其应用和基于其制备的锂离子电池负极材料和制备方法 | |
| CN110416497A (zh) | 一种高容量快充型微晶石墨负极材料及其制备方法 | |
| CN111599985A (zh) | 一种锂离子电池浆料及其制备方法和锂离子电池 | |
| CN109346678A (zh) | 一种高硫负载锂硫电池正极及其制备方法、锂硫电池 | |
| CN113193195A (zh) | 氮含量可调的氮掺杂碳包覆纳米硅复合材料及其制备方法 | |
| CN106898772A (zh) | 一种高倍率高压实石墨负极材料的制备方法 | |
| CN109980206B (zh) | 低膨胀硅碳负极材料的制备方法、负极材料和锂离子电池 | |
| CN103311521B (zh) | 一种表面改性石墨负极材料及其制备方法和用途 |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210413 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |