CN116706021A - 一种负极材料及其其制备方法与应用 - Google Patents
一种负极材料及其其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116706021A CN116706021A CN202310775715.3A CN202310775715A CN116706021A CN 116706021 A CN116706021 A CN 116706021A CN 202310775715 A CN202310775715 A CN 202310775715A CN 116706021 A CN116706021 A CN 116706021A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- negative electrode
- carbon nanotubes
- electrode material
- drying
- carbon nanotube
- 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
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 98
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 51
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 49
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000010405 anode material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 35
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 24
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 22
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 claims description 19
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 18
- SJECZPVISLOESU-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropan-1-amine Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCN SJECZPVISLOESU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- NKSJNEHGWDZZQF-UHFFFAOYSA-N ethenyl(trimethoxy)silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)C=C NKSJNEHGWDZZQF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims description 14
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 13
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 10
- FWDBOZPQNFPOLF-UHFFFAOYSA-N ethenyl(triethoxy)silane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)C=C FWDBOZPQNFPOLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 7
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 6
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims description 6
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000002505 iron Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 238000005554 pickling Methods 0.000 claims description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000013329 compounding Methods 0.000 abstract description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 42
- -1 iron ions Chemical class 0.000 description 22
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 13
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 10
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 10
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 10
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 9
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 9
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 9
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 8
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 8
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 7
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000013557 residual solvent Substances 0.000 description 7
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 7
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound FC1COC(=O)O1 SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 4
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 4
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 4
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 3
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 3
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 3
- QZPSXPBJTPJTSZ-UHFFFAOYSA-N aqua regia Chemical compound Cl.O[N+]([O-])=O QZPSXPBJTPJTSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 3
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 3
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 3
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 3
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 3
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 3
- OQMIRQSWHKCKNJ-UHFFFAOYSA-N 1,1-difluoroethene;1,1,2,3,3,3-hexafluoroprop-1-ene Chemical group FC(F)=C.FC(F)=C(F)C(F)(F)F OQMIRQSWHKCKNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZZXUZKXVROWEIF-UHFFFAOYSA-N 1,2-butylene carbonate Chemical compound CCC1COC(=O)O1 ZZXUZKXVROWEIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BJWMSGRKJIOCNR-UHFFFAOYSA-N 4-ethenyl-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound C=CC1COC(=O)O1 BJWMSGRKJIOCNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OZJPLYNZGCXSJM-UHFFFAOYSA-N 5-valerolactone Chemical compound O=C1CCCCO1 OZJPLYNZGCXSJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N Formamide Chemical compound NC=O ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 2
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 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 description 2
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- VUPKGFBOKBGHFZ-UHFFFAOYSA-N dipropyl carbonate Chemical compound CCCOC(=O)OCCC VUPKGFBOKBGHFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Substances CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FKRCODPIKNYEAC-UHFFFAOYSA-N ethyl propionate Chemical compound CCOC(=O)CC FKRCODPIKNYEAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QKBJDEGZZJWPJA-UHFFFAOYSA-N ethyl propyl carbonate Chemical compound [CH2]COC(=O)OCCC QKBJDEGZZJWPJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010954 inorganic particle Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- TZIHFWKZFHZASV-UHFFFAOYSA-N methyl formate Chemical compound COC=O TZIHFWKZFHZASV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KKQAVHGECIBFRQ-UHFFFAOYSA-N methyl propyl carbonate Chemical compound CCCOC(=O)OC KKQAVHGECIBFRQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005543 nano-size silicon particle Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 description 2
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 2
- 229920001289 polyvinyl ether Polymers 0.000 description 2
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 2
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 2
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- YKYONYBAUNKHLG-UHFFFAOYSA-N propyl acetate Chemical compound CCCOC(C)=O YKYONYBAUNKHLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 2
- 235000019812 sodium carboxymethyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 229920001027 sodium carboxymethylcellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 2
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- JYVXNLLUYHCIIH-UHFFFAOYSA-N (+/-)-mevalonolactone Natural products CC1(O)CCOC(=O)C1 JYVXNLLUYHCIIH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LZDKZFUFMNSQCJ-UHFFFAOYSA-N 1,2-diethoxyethane Chemical compound CCOCCOCC LZDKZFUFMNSQCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CYSGHNMQYZDMIA-UHFFFAOYSA-N 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon Chemical compound CN1CCN(C)C1=O CYSGHNMQYZDMIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DURPTKYDGMDSBL-UHFFFAOYSA-N 1-butoxybutane Chemical compound CCCCOCCCC DURPTKYDGMDSBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UHOPWFKONJYLCF-UHFFFAOYSA-N 2-(2-sulfanylethyl)isoindole-1,3-dione Chemical compound C1=CC=C2C(=O)N(CCS)C(=O)C2=C1 UHOPWFKONJYLCF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YEVQZPWSVWZAOB-UHFFFAOYSA-N 2-(bromomethyl)-1-iodo-4-(trifluoromethyl)benzene Chemical compound FC(F)(F)C1=CC=C(I)C(CBr)=C1 YEVQZPWSVWZAOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JWUJQDFVADABEY-UHFFFAOYSA-N 2-methyltetrahydrofuran Chemical compound CC1CCCO1 JWUJQDFVADABEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PPDFQRAASCRJAH-UHFFFAOYSA-N 2-methylthiolane 1,1-dioxide Chemical compound CC1CCCS1(=O)=O PPDFQRAASCRJAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DSMUTQTWFHVVGQ-UHFFFAOYSA-N 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound FC1OC(=O)OC1F DSMUTQTWFHVVGQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AQJSPWIJMNBRJR-UHFFFAOYSA-N 4,5-difluoro-4-methyl-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound CC1(F)OC(=O)OC1F AQJSPWIJMNBRJR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PYKQXOJJRYRIHH-UHFFFAOYSA-N 4-fluoro-4-methyl-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound CC1(F)COC(=O)O1 PYKQXOJJRYRIHH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LECKFEZRJJNBNI-UHFFFAOYSA-N 4-fluoro-5-methyl-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound CC1OC(=O)OC1F LECKFEZRJJNBNI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000019901 Anxiety disease Diseases 0.000 description 1
- WXNUAYPPBQAQLR-UHFFFAOYSA-N B([O-])(F)F.[Li+] Chemical compound B([O-])(F)F.[Li+] WXNUAYPPBQAQLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910014033 C-OH Inorganic materials 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910014570 C—OH Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015015 LiAsF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015044 LiB Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013188 LiBOB Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013684 LiClO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013528 LiN(SO2 CF3)2 Inorganic materials 0.000 description 1
- RJUFJBKOKNCXHH-UHFFFAOYSA-N Methyl propionate Chemical compound CCC(=O)OC RJUFJBKOKNCXHH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N Oxozirconium Chemical compound [Zr]=O GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M Propionate Chemical compound CCC([O-])=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- JYVXNLLUYHCIIH-ZCFIWIBFSA-N R-mevalonolactone, (-)- Chemical compound C[C@@]1(O)CCOC(=O)C1 JYVXNLLUYHCIIH-ZCFIWIBFSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KXKVLQRXCPHEJC-UHFFFAOYSA-N acetic acid trimethyl ester Natural products COC(C)=O KXKVLQRXCPHEJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 1
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036506 anxiety Effects 0.000 description 1
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910001593 boehmite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- LEGITHRSIRNTQV-UHFFFAOYSA-N carbonic acid;3,3,3-trifluoroprop-1-ene Chemical compound OC(O)=O.FC(F)(F)C=C LEGITHRSIRNTQV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- SBZXBUIDTXKZTM-UHFFFAOYSA-N diglyme Chemical compound COCCOCCOC SBZXBUIDTXKZTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N dilithium;dioxido(dioxo)manganese Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Mn]([O-])(=O)=O QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SNQXJPARXFUULZ-UHFFFAOYSA-N dioxolane Chemical compound C1COOC1 SNQXJPARXFUULZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000012983 electrochemical energy storage Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- KLKFAASOGCDTDT-UHFFFAOYSA-N ethoxymethoxyethane Chemical compound CCOCOCC KLKFAASOGCDTDT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011245 gel electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 1
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M hydroxidooxidoaluminium Chemical compound O[Al]=O FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 1
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 1
- 229910000358 iron sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- VDVLPSWVDYJFRW-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(fluorosulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FS(=O)(=O)[N-]S(F)(=O)=O VDVLPSWVDYJFRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- LBSANEJBGMCTBH-UHFFFAOYSA-N manganate Chemical compound [O-][Mn]([O-])(=O)=O LBSANEJBGMCTBH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940017219 methyl propionate Drugs 0.000 description 1
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 150000003014 phosphoric acid esters Chemical class 0.000 description 1
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 1
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000011118 polyvinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 229920002689 polyvinyl acetate Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N sulfolane Chemical compound O=S1(=O)CCCC1 HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WMOVHXAZOJBABW-UHFFFAOYSA-N tert-butyl acetate Chemical compound CC(=O)OC(C)(C)C WMOVHXAZOJBABW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- ZUHZGEOKBKGPSW-UHFFFAOYSA-N tetraglyme Chemical compound COCCOCCOCCOCCOC ZUHZGEOKBKGPSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium(II) oxide Chemical compound [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DQWPFSLDHJDLRL-UHFFFAOYSA-N triethyl phosphate Chemical compound CCOP(=O)(OCC)OCC DQWPFSLDHJDLRL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WVLBCYQITXONBZ-UHFFFAOYSA-N trimethyl phosphate Chemical compound COP(=O)(OC)OC WVLBCYQITXONBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PAPBSGBWRJIAAV-UHFFFAOYSA-N ε-Caprolactone Chemical compound O=C1CCCCCO1 PAPBSGBWRJIAAV-UHFFFAOYSA-N 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
-
- 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
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/624—Electric conductive fillers
- H01M4/625—Carbon or graphite
-
- 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
-
- 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
本发明涉及一种负极材料及其制备方法与应用，该负极材料包括碳纳米管和包覆于碳纳米管外部的硅层。本发明的负极材料能够降低负极极片的电阻，提高倍率性能，进一步缓解体积膨胀问题；并进一步通过单壁碳纳米管与多壁碳纳米管的复合，使负极材料具有更为丰富的微孔、介孔结构，能够进一步为硅膨胀提供缓冲间隙；并且，通过将碳纳米管设置成包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，能够实现其高效的导电网络搭接，具备高导电性，可以进一步改善负极极片的倍率性能。
Description
技术领域
本发明涉及电化学储能技术领域，具体涉及一种负极材料及其制备方法与应用。
背景技术
近年来，随着新能源汽车的大规模应用，暴露出了当前电池技术的短板：低能量密度引发的续航焦虑。采用高克容量的正负极材料能够提升电池的能量，同时降低材料的重量，显著提高电池的能量密度。然而，现阶段，动力电池所普遍采用的石墨负极材料的实际克容量为340-360mAh/g，已接近石墨材料的克容量上限372mAh/g。
硅负极材料是当前最具应用前景的负极材料，理论克容量高达4200mAh/g，通过和石墨混合可实现600-1000mAh/g，且与现有石墨相比可减重50％以上。然而，硅的合金化嵌锂机制导致其在充放电过程中体积变化率可达300％，电极结构易出现裂纹，副反应增加，导致电池容量出现急剧衰减；同时硅的电导率较低，以硅为负极材料的电池电子传导慢，倍率性能较差。
为解决上述问题，通常采用硅负极结构优化、表面包覆等方式缓解膨胀问题，改善导电性。例如公开号为CN112938939A的专利文献公开一种碳修饰硅/二氧化硅包覆酸化碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：(1)称取适量的碳纳米管添加到王水中，将其放入水浴锅中，保持2080℃下、300r/min搅拌4-9小时，60-80℃干燥得到酸化碳纳米管；(2)将酸化的碳纳米管添加到无水乙醇中高速剪切1小时，形成碳纳米管分散液；(3)向碳纳米管分散液中添加浓氨水调节pH值9-10，水浴温度60-80℃，同时滴加正硅酸乙酯，300r/min搅拌3-9小时，过滤后60-90℃干燥，获得二氧化硅包覆酸化碳纳米管；(4)取制备好的二氧化硅包覆酸化碳纳米管，与镁粉以5：3-4的质量比例混合均匀，然后把混合后的粉末与NaCl按照质量比1：15混合均匀，混合均匀后置于管式炉内，氩气环境下，升至650℃，保温3h后冷却得到混合粉末；(5)向粉末中加入10％的稀盐酸洗除去杂质，真空抽滤后放入干燥箱干燥，得到硅/二氧化硅包覆酸化碳纳米管材料；(6)取干燥好的硅/二氧化硅包覆酸化碳纳米管与蔗糖按照1：2-3的质量比例混合，加入到去离子水的中，然后对其进行超声分散30-60min，过滤后得到蔗糖附着的硅/二氧化硅包覆酸化碳纳米管材料；(7)将过滤后得到蔗糖附着的硅/二氧化硅包覆酸化碳纳米管材料的粉末置于管式炉内，氩气环境下，500-550℃保温12h然后升800-900℃后，保温3h，随炉冷却，得碳修饰硅/氧化硅包覆酸化碳纳米管。该方法将部分SiO2管还原为Si，使其兼具SiO2和Si的优异性能。然而，该方法制得的碳修饰硅/二氧化硅包覆酸化碳纳米管形成的极片的电阻较高，倍率性能不佳，且对于膨胀性能的改善有待于进一步提升。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种负极材料，以降低负极材料形成的极片的电阻，提高倍率性能，进一步缓解体积膨胀问题；目的之二在于提供一种如上所述的负极材料的制备方法；目的之三在于提供一种电化学装置；目的之四在于提供一种电子设备。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
在一些实施例中，本发明提供一种负极材料，所述负极材料包括碳纳米管和包覆于所述碳纳米管外部的硅层。
在一些实施例中，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或二者的组合物。
在一些实施例中，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。
在一些实施例中，本发明还提供如上所述的负极材料的制备方法，所述制备方法包括：
S1.将碳源浸泡于铁盐溶液中，随后烘干，得到前驱体；
S2.将所述前驱体于保护气体气氛下进行烧结，随后冷却、酸洗，得到碳纳米管骨架；
S3.混合碳纳米管骨架、硅烷偶联剂和溶剂，随后干燥后与金属还原剂进行混合，在辅助气体气氛下进行还原反应，接着进行洗涤、二次干燥，即得所示负极材料。
在一些实施例中，步骤S1中，所述碳源包括含氮元素的多孔海绵，例如可以列举三聚氰胺海绵、聚氨酯海绵等。
在一些实施例中，步骤S1中，所述铁盐溶液的浓度为0.04-0.08mg/mL，优选为0.05-0.08mg/mL。
在一些实施例中，步骤S1中，所述浸泡的时长为24-36h，优选为30-36h。
在一些实施例中，步骤S1中，所述烘干的温度为60-75℃，优选为65-75℃；烘干的时长为10-15h，优选为12-15h。
在一些实施例中，步骤S2中，所述烧结的温度为500-600℃，优选为550-600℃；烧结的时长为0.5-1h，优选为0.6-1h。
在一些实施例中，步骤S2中，所述烧结之后，冷却之前，还包括二次烧结。
在一些实施例中，步骤S2中，所述二次烧结的温度为800-900℃，优选为850-900℃；烧结的时长为3-5h，优选为3.5-5h。
在一些实施例中，步骤S2中，所述保护气体可以列举例如氮气、氩气、氦气、氖气等。
在一些实施例中，步骤S2中，所述硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
在一些实施例中，步骤S2中，碳纳米管骨架与硅烷偶联剂的质量比为1：0.88-1.12。
在一些实施例中，步骤S2中，所述硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅烷或包括乙烯基三甲氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅烷。
在一些实施例中，步骤S2中，乙烯基三乙氧基硅烷与3-氨丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1：0.2-0.5。
在一些实施例中，步骤S2中，乙烯基三甲氧基硅烷与3-氨丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1：0.2-0.5。
在一些实施例中，步骤S2中，所述溶剂包括丙酮、异丙醇和二甲基亚砜中的至少一种。
在一些实施例中，步骤S3中，所述干燥的温度为60-75℃，优选为65-75℃。
在一些实施例中，步骤S3中，所述金属还原剂包括锌、镁和铝中的至少一种。
在一些实施例中，步骤S3中，所述金属还原剂与硅烷偶联剂的质量比为1：15-20，优选为1：18-20。
在一些实施例中，步骤S3中，所述辅助气体可以列举例如氮气、氩气、氦气、氖气等。
在一些实施例中，步骤S3中，所述还原的温度为800-1000℃，优选为850-1000℃；还原的时长为2-5h，优选为2-4h。
在一些实施例中，步骤S3中，所述二次干燥的温度为60-75℃，优选为65-75℃。
在一些实施例中，本发明还提供一种电化学装置，所述电化学装置包括负极极片，所述负极极片包括如上项所述的负极材料或根据如上所述的制备方法制得的负极材料。
在一些实施例中，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的电化学装置。
在一些实施例中，本申请还提供一种电化学装置，所述电化学装置包括负极极片，所述负极极片包括如上所述的负极材料或根据如上所述的制备方法制得的负极材料。
在一些实施例中，本申请还提供一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的电化学装置。
本发明的有益效果：
本发明的负极材料能够降低负极极片的电阻，提高倍率性能，进一步缓解体积膨胀问题。
本发明通过单壁碳纳米管与多壁碳纳米管的复合，使负极材料具有更为丰富的微孔、介孔结构，能够进一步为硅膨胀提供缓冲间隙；并且，通过将碳纳米管设置成包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，能够实现其高效的导电网络搭接，具备高导电性，可以进一步改善负极极片的倍率性能。
本发明的硅层由原位接枝硅烷偶联剂+金属热还原得到，利用硅烷的极性基团与酸洗后碳纳米管的极性亲和性，可保证硅烷在碳纳米管表面均匀的包覆效果，保证负极材料的循环性能。
附图说明
图1为本发明的负极材料的结构示意图；
图2为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管与单壁碳纳米管+多壁碳纳米管复合的孔径分布对比图；
图3为本发明的负极材料的制备过程的流程示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例对本发明进行进一步的说明，但需要指出的是本发明的实施例中所描述的具体的物料配比、工艺条件及结果等仅用于说明本发明，并不能以此限制本发明的保护范围，凡是根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围内。需要说明的是，如无特别说明，本文中描述所示的“wt％”是指“质量分数”。
如图1所示，本发明提供一种负极材料，该负极材料包括碳纳米管和包覆于碳纳米管外部的硅层。
本申请中，通过将负极材料设置成包括碳纳米管和包覆于碳纳米管外部的硅层，包覆于碳纳米管外部的硅层，能够作为存储/释放活性锂的反应位点，参与锂离子电池充放电反应，降低负极材料形成的极片的电阻，提高倍率性能；同时，呈多孔结构的碳纳米管的孔隙为硅负极膨胀提供缓冲间隙，维持负极材料的整体结构，进而进一步缓解体积膨胀问题。
在一些实施例中，碳纳米管包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或二者的组合物。
在一些实施例中，碳纳米管包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。
如图2所示，单壁碳纳米管和多壁碳纳米管复合之后，具有更为丰富的微孔、介孔结构，能够进一步为硅膨胀提供缓冲间隙；并且，通过将碳纳米管设置成包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，能够实现其高效的导电网络搭接，具备高导电性，可以进一步改善负极极片的倍率性能。
如图3所示，在一些实施例中，本发明还提供如上所述的负极材料的制备方法，包括：
S1.将碳源浸泡于铁盐溶液中，随后烘干，得到前驱体；
S2.将前驱体于保护气体气氛下进行烧结，随后冷却、酸洗，得到碳纳米管骨架；
S3.混合碳纳米管骨架、硅烷偶联剂和溶剂，随后干燥后与金属还原剂进行混合，在辅助气体气氛下进行还原反应，接着进行洗涤、二次干燥，即得负极材料(即复合硅负极)。
在一些实施例中，步骤S1中，碳源包括含氮元素的多孔海绵，例如可以列举三聚氰胺海绵、聚氨酯海绵等。
具体的，多孔海绵能够吸附铁盐溶液，多孔海绵中的氮元素能够与铁离子结合形成催化活性位点，进而催化碳纳米管的生成，铁盐中的铁离子在烧结过程中作为催化位点，催化碳纳米管的生成。
酸洗后的碳纳米管酸洗的碳纳米管具备羟基C-OH结构，可作为极性基团，改善其与硅烷偶联剂的结合效果。
在一些实施例中，步骤S1中，铁盐溶液的浓度为0.04-0.08mg/mL，优选为0.05-0.08mg/mL。
在一些实施例中，步骤S1中，浸泡的时长为24-36h，优选为30-36h。
在一些实施例中，步骤S1中，烘干的温度为60-75℃，优选为65-75℃；烘干的时长为10-15h，优选为12-15h。
在一些实施例中，步骤S2中，烧结的温度为500-600℃，优选为550-600℃；烧结的时长为0.5-1h，优选为0.6-1h。
在一些实施例中，步骤S2中，烧结之后，冷却之前，还包括二次烧结。
在一些实施例中，步骤S2中，二次烧结的温度为800-900℃，优选为850-900℃；烧结的时长为3-5h，优选为3.5-5h。
在一些实施例中，步骤S2中，保护气体可以列举例如氮气、氩气、氦气、氖气等。
在一些实施例中，步骤S2中，硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
在一些实施例中，步骤S2中，硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅烷或包括乙烯基三甲氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅烷。
在一些实施例中，步骤S2中，乙烯基三乙氧基硅烷与3-氨丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1：0.2-0.5。
在一些实施例中，步骤S2中，乙烯基三甲氧基硅烷与3-氨丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1：0.2-0.5。
在一些实施例中，步骤S2中，碳纳米管骨架与硅烷偶联剂的质量比为1：0.88-1.12。
在一些实施例中，步骤S2中，溶剂包括丙酮、异丙醇和二甲基亚砜中的至少一种。
在一些实施例中，步骤S3中，干燥的温度为60-75℃，优选为65-75℃。
在一些实施例中，步骤S3中，金属还原剂包括锌、镁和铝中的至少一种。
在一些实施例中，步骤S3中，金属还原剂与硅烷偶联剂的质量比为1：15-20。
在一些实施例中，步骤S3中，辅助气体可以列举例如氮气、氩气、氦气、氖气等。
在一些实施例中，步骤S3中，还原的温度为800-1000℃，优选为850-1000℃；还原的时长为2-5h，优选为2-4h。
在一些实施例中，步骤S3中，二次干燥的温度为60-75℃。
在一些实施例中，本申请还提供一种电化学装置，该电化学装置包括负极极片，该负极极片包括如上所述的负极材料或根据如上所述的制备方法制得的负极材料。
需要说明的是，本发明中，电化学装置的电极组件包括正极极片、负极极片及设置于正极极片和负极极片之间的隔膜(必要时)，电化学装置通过将正极极片、负极极片隔着隔膜(必要时)相对配置，并加入电解质，从而获得。
就正极极片而言，正极极片可以包括正极集流体和位于正极集流体上的正极活性物质层。
就正极集流体而言，正极集流体可采用铝、铜、镍、钛等材质加工成的箔、开孔箔、网状形成的带状材料，还可以为多孔性材料，例如多孔金属(例如发泡金属)等物质。
就正极活性物质层而言，正极活性物质层可以仅涂覆于正极集流体的部分区域上。正极活性物质层可以包括正极活性物质、导电剂和粘结剂。
就导电剂而言，正极极片的导电剂可以列举例如导电炭黑、片层石墨、石墨烯、碳纳米管中的至少一种。
就粘结剂而言，正极极片中的粘结剂可以列举例如聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素钠、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯中的至少一种。
就正极活性物质而言，正极活性物质可以列举例如钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、镍钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴铝酸锂、镍钴锰酸锂中的至少一种，以上正极活性物质可以为经过掺杂、包覆处理的正极活性物质。
就隔膜而言，隔膜可以列举例如聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、芳纶中的至少一种。
在一些实施例中，隔膜表面还可设置多孔层，多孔层设置在隔膜的基材的至少一个表面上，多孔层可以包括无机颗粒和粘结剂。
就无机颗粒而言，多孔层中的无机颗粒可以列举例如氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)、氧化钛(TiO2)、二氧化铪(HfO2)、氧化锡(SnO2)、二氧化铈(CeO2)、氧化镍(NiO)、氧化锌(ZnO)、氧化钙(CaO)、氧化锆(ZrO2)、氧化钇(Y2O3)、碳化硅(SiC)、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙、硫酸钡中的至少一种。
就粘结剂而言，多孔层中的粘结剂可以列举例如聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素钠、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯中的至少一种。
应理解的是，本发明中，隔膜并非电化学装置的必要组件，例如，在某些特定类型(如正极极片和负极极片不直接接触的结构)的电化学装置中，可不必设置隔膜。
在一些实施例中，电化学装置的电极组件为卷绕式电极组件或堆叠式电极组件。
在一些实施例中，电化学装置还可以包括电解质。电解质可以为凝胶电解质、固态电解质、电解液中的至少一种。
以下以锂离子二次电池为例进行举例说明。
就电解液而言，电解液包括锂盐和溶剂。锂盐可以列举例如LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、LiSiF6、LiBOB、二氟硼酸锂中的至少一种。
就溶剂而言，溶剂可以列举例如碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物中的至少一种。
就碳酸酯化合物而言，碳酸酯化合物可以列举例如链状碳酸酯化合物、环状碳酸酯化合物、氟代碳酸酯化合物、其他有机溶剂中的至少一种。
就链状碳酸酯化合物而言，链状碳酸酯化合物可以列举例如碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸甲乙酯(MEC)中的至少一种。环状碳酸酯化合物可以列举例如碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)中的至少一种。
就氟代碳酸酯化合物而言，氟代碳酸酯化合物可以列举例如碳酸氟代亚乙酯(FEC)、碳酸1,2-二氟亚乙酯、碳酸1,1-二氟亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟亚乙酯、碳酸1,1,2,2-四氟亚乙酯、碳酸1-氟-2-甲基亚乙酯、碳酸1-氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,2-二氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟-2-甲基亚乙酯、碳酸三氟甲基亚乙酯中的至少一种。
就羧酸酯化合物而言，羧酸酯化合物可以列举例如乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、γ-丁内酯、癸内酯、戊内酯、甲瓦龙酸内酯、己内酯、甲酸甲酯中的至少一种。
就醚化合物而言，醚化合物可以列举例如二丁醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、2-甲基四氢呋喃、四氢呋喃中的至少一种。
就其它有机溶剂而言，其它有机溶剂可以列举例如二甲亚砜、1,2-二氧戊环、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、甲酰胺、二甲基甲酰胺、乙腈、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三辛酯、和磷酸酯中的至少一种。
在一些实施例中，电化学装置的制备方法可以为将正极极片、隔膜、负极极片按顺序卷绕或堆叠成电极件，之后装入例如铝塑膜中进行封装，加入电解质，化成、封装，即组装成锂离子二次电池。
需要说明的是，本发明中，电化学装置没有特别限定，可以制成纸型电池、纽扣型电池、硬币型电池、层叠型电池、圆筒型电池、方型电池等。
在一些实施例中，本发明还提供一种电子设备，该电子设备包括如上所述的电化学装置。
需要说明的是，本发明中，电子设备没有特别限定，其可以为用于现有技术中已知的任何电子设备。
在一些实施例中，电子设备可以列举例如笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池、电容器等物质。
下面通过具体的例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行具体的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
本实施例提供一种负极材料，该负极材料的制备方法步骤如下：
S1.将500g三聚氰胺海绵置于浓度为0.06mg/ml的硫酸铁溶液中浸泡36h，随后置于烘箱中于75℃温度下烘干12h，得到前驱体；
S2.将前驱体置于加热炉中，于氩气气氛且500℃温度下烧结1h，部分生成单壁碳纳米管骨架，随后升温至800℃，再次烧结3h，剩余部分生成多壁碳纳米管骨架，随后冷却至常温，接着置于浓度为1mol/L的稀盐酸溶液中酸洗1h，以去除多余的铁，得到碳纳米管骨架；
S3.取100g碳纳米管骨架置于5000mL丙酮中，随后向丙酮中加入88g乙烯基三甲氧基硅烷，搅拌使乙烯基三甲氧基硅烷与碳纳米管骨架发生偶联反应，碳纳米管骨架表面包覆硅烷层，随后置于烘箱中于60℃干燥以去除剩余的溶剂，随后将干燥后固体与4.4g锌粉进行混合，接着置于管式加热炉中于氩气气氛且800℃温度下进行还原反应2h，接着用浓度为1mol/L的稀盐酸溶液洗涤15min以去除残余的锌粉和氧化锌，再用去离子水洗涤3次，然后于75℃温度下干燥至干，即得负极材料。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：
S3.取100g碳纳米管骨架置于5000mL丙酮中，随后向丙酮中加入88g乙烯基三甲氧基硅烷，搅拌使乙烯基三甲氧基硅烷与碳纳米管骨架发生偶联反应，碳纳米管骨架表面包覆硅烷层，随后置于烘箱中于60℃干燥以去除剩余的溶剂，随后将干燥后固体与4.4g铝粉进行混合，接着置于管式加热炉中于氩气气氛且800℃温度下进行还原反应2h，接着用浓度为1mol/L的稀盐酸溶液洗涤15min以去除残余的铝粉和氧化铝，再用去离子水洗涤3次，然后于75℃温度下干燥至干，即得负极材料。
实施例3
本实施例与实施例2的区别在于：
S3.取100g碳纳米管骨架置于5000mL丙酮中，随后向丙酮中加入58g乙烯基三甲氧基硅烷和35g3-氨丙基三甲氧基硅烷(摩尔比为1：0.5)，搅拌使硅烷偶联剂与碳纳米管骨架发生偶联反应，碳纳米管骨架表面包覆硅烷层，随后置于烘箱中于60℃干燥以去除剩余的溶剂，随后将干燥后固体与4.4g锌粉进行混合，接着置于管式加热炉中于氩气气氛且800℃温度下进行还原反应2h，接着用浓度为1mol/L的稀盐酸溶液洗涤15min以去除残余的锌粉和氧化锌，再用去离子水洗涤3次，然后于然后于75℃温度下干燥至干，即得负极材料。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于：
S2.将前驱体置于加热炉中，于氩气气氛且500℃温度下烧结1h，随后冷却至常温，接着置于浓度为1mol/L的稀盐酸溶液洗涤15min，以去除多余的铁，得到碳纳米管骨架。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处在于：
S2.将前驱体置于加热炉中，于氩气气氛且900℃温度下烧结4h，随后冷却至常温，接着置于浓度为1mol/L的稀盐酸溶液洗涤15min，以去除多余的铁，得到碳纳米管骨架。
实施例6
本实施例与实施例2的区别在于：
S3.取100g碳纳米管骨架置于5000mL丙酮中，随后向丙酮中加入73g乙烯基三甲氧基硅烷和17g3-氨丙基三甲氧基硅烷(摩尔比为1：0.2)，搅拌使硅烷偶联剂与碳纳米管骨架发生偶联反应，碳纳米管骨架表面包覆硅烷层，随后置于烘箱中于60℃干燥以去除剩余的溶剂，随后将干燥后固体与4.4g锌粉进行混合，接着置于管式加热炉中于氩气气氛且800℃温度下进行还原反应2h，接着用浓度为1mol/L的稀盐酸溶液洗涤15min以去除残余的锌粉和氧化锌，再用去离子水洗涤3次，然后于然后于75℃温度下干燥至干，即得负极材料。
实施例7
本实施例与实施例2的区别在于：
S3.取100g碳纳米管骨架置于5000mL丙酮中，随后向丙酮中加入67g乙烯基三甲氧基硅烷和24g3-氨丙基三甲氧基硅烷(摩尔比为1：0.3)，搅拌使硅烷偶联剂与碳纳米管骨架发生偶联反应，碳纳米管骨架表面包覆硅烷层，随后置于烘箱中于60℃干燥以去除剩余的溶剂，随后将干燥后固体与4.4g锌粉进行混合，接着置于管式加热炉中于氩气气氛且800℃温度下进行还原反应2h，接着用浓度为1mol/L的稀盐酸溶液洗涤15min以去除残余的锌粉和氧化锌，再用去离子水洗涤3次，然后于然后于75℃温度下干燥至干，即得负极材料。
实施例8
本实施例与实施例2的区别在于：
S3.取100g碳纳米管骨架置于5000mL丙酮中，随后向丙酮中加入87g乙烯基三乙氧基硅烷和24g3-氨丙基三甲氧基硅烷(摩尔比为1：0.3)，搅拌使硅烷偶联剂与碳纳米管骨架发生偶联反应，碳纳米管骨架表面包覆硅烷层，随后置于烘箱中于60℃干燥以去除剩余的溶剂，随后将干燥后固体与4.4g锌粉进行混合，接着置于管式加热炉中于氩气气氛且800℃温度下进行还原反应2h，接着用浓度为1mol/L的稀盐酸溶液洗涤15min以去除残余的锌粉和氧化锌，再用去离子水洗涤3次，然后于然后于75℃温度下干燥至干，即得负极材料。
对比例1
本对比例提供一种负极材料，该负极材料的制备方法步骤如下：
将8.5g粒径为100nm的硅纳米颗粒与91.5g天然石墨进行混合(混合后克容量为3400*0.085+350*0.915＝609mAh/g)，加入500mL乙醇溶剂中，使用行星球磨机球磨2h以保证硅纳米颗粒的均匀分布，抽滤去除乙醇溶剂，随后置于真空烘箱中于60℃温度下烘干3h以去除残留的溶剂，即得负极材料。
对比例2
按照公开号为CN112938939A的专利文献实施例1制备负极材料，具体步骤为：
称取适量的碳纳米管，加入王水中，在80℃下搅拌6小时，60℃干燥，得到酸化碳纳米管；将酸化碳纳米管加入无水乙醇中剪切、分散，随后加入浓氨水以调节pH至9，于60℃温度下搅拌，接着加入正硅酸乙酯，搅拌5h。80℃干燥获得二氧化硅包覆酸化碳纳米管(CNTs@SiO2)；
将制备的二氧化硅包覆酸化碳纳米管(CNTs@SiO2)，与镁粉按照5：4的质量比混合均匀，然后把混合后的粉末与NaCl按照质量比1：15混合，混合后放入管式炉中，在氩气气氛下，升温至650℃煅烧，保温3h后随炉冷却；
将冷却后粉末与蔗糖按照1：2的质量比混合，随后加入到去离子水中，超声分散40min，过滤；将过滤后固体在氩气环境且500℃温度下保温2h，然后升温至800℃并保温3h，冷却至室温，即得负极材料。
性能测试
将实施例1-8及对比例1-2制得的负极材料分别与粘结剂PAA和导电剂SP按照质量比96：2：2混合后，加入溶剂去离子水进行匀浆，随后按照双面涂布面密度14.10mg/cm2涂敷于厚度为6um的铜箔上，并辊压(压实密度1.4g/cm3)，得到负极极片；
用四探针法测量负极极片的面电阻，结果如表1所示，随后在低湿度环境下(露点≤-40℃)与高镍三元正极、PE隔膜叠片组合得到裸电芯，注入电解液，电解液组成为锂盐(1mol/L LiPF6六氟磷酸锂+0.1mol/L LiFSI双氟磺酰亚胺锂)+溶剂(20％EC碳酸乙烯酯+80％EMC碳酸甲乙酯，此处为体积比)+添加剂(3wt％FEC氟代碳酸乙烯酯)，后化成分容得到2Ah软包全电池，以1C倍率放电至2.5V，1C倍率恒流转恒压充电至4.2V，循环500cycle，并按照公式容量保持率＝1C放电容量500cycle/1C放电容量1cycle计算电池容量保持率，并拆解，按照公式膨胀率＝(负极极片厚度500cycle-6um)/(负极极片厚度辊压后-6um)计算负极极片的膨胀率，同时以3C倍率(3C倍率放电至2.5V)进行倍率放电性能测试，按照公式放电容量保持率＝3C放电容量/0.33C放电容量计算3C放电容量保持率，结果如表1所示。
表1性能测试结果
由表1可知，与对比例1和对比例2相比，实施例1-8的负极材料形成的负极极片面电阻显著降低，3C放电容量保持率显著上升。该结果表明，本发明的负极材料的导电性优异，倍率性能优异。
由表1可知，与实施例1相比，实施例3和实施例8的负极材料的负极极片面电阻更低，25℃1C/1C循环容量保持率@500cycle更高，500cycle循环拆解负极膨胀率更低，3C放电容量保持率更高，该结果表明，将乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷与3-氨丙基三甲氧基硅烷进行复配，能够进一步提高负极材料的导电性，进而改善负极材料的倍率性能；能够进一步缓解硅的体积膨胀问题，进而进一步改善负极材料形成的负极极片组装成的电化学装置的循环性能。由表1可知，与实施例4和实施例5相比，实施例1的负极材料的负极极片面电阻更低，25℃1C/1C循环容量保持率@500cycle更高，500cycle循环拆解负极膨胀率更低，3C放电容量保持率更高，该结果表明，将单壁碳纳米管和多壁碳纳米管复配，能够进一步提高负极材料的导电性，可在倍率性能测试中(3C放电容量保持率)降低极化，释放出更多的电量，进而改善负极材料的倍率性能；能够进一步缓解硅的体积膨胀问题，进而进一步改善负极材料形成的负极极片组装成的电化学装置的循环性能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括碳纳米管和包覆于所述碳纳米管外部的硅层。
2.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或二者的组合物。
3.如权利要求2所述的负极材料，其特征在于，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。
4.权利要求1-3任一项所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
S1.将碳源浸泡于铁盐溶液中，随后烘干，得到前驱体；
S2.将所述前驱体于保护气体气氛下进行烧结，随后冷却、酸洗，得到碳纳米管骨架；
S3.混合碳纳米管骨架、硅烷偶联剂和溶剂，随后干燥后与金属还原剂进行混合，在辅助气体气氛下进行还原反应，接着进行洗涤、二次干燥，即得所述负极材料。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述烧结之后，冷却之前，还包括二次烧结。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅烷或包括乙烯基三甲氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅烷。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，乙烯基三乙氧基硅烷与3-氨丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1：0.2-0.5。
9.一种电化学装置，其特征在于，所述电化学装置包括负极极片，所述负极极片包括如权利要求1-3任一项所述的负极材料或根据权利要求4-8任一项所述的制备方法制得的负极材料。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求9所述的电化学装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310775715.3A CN116706021A (zh) | 2023-06-28 | 2023-06-28 | 一种负极材料及其其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310775715.3A CN116706021A (zh) | 2023-06-28 | 2023-06-28 | 一种负极材料及其其制备方法与应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116706021A true CN116706021A (zh) | 2023-09-05 |
Family
ID=87831122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310775715.3A Pending CN116706021A (zh) | 2023-06-28 | 2023-06-28 | 一种负极材料及其其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116706021A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117133866A (zh) * | 2023-10-27 | 2023-11-28 | 江苏传艺钠电科技有限公司 | 一种改性三维电极材料的制备方法与钠离子电池 |
-
2023
- 2023-06-28 CN CN202310775715.3A patent/CN116706021A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117133866A (zh) * | 2023-10-27 | 2023-11-28 | 江苏传艺钠电科技有限公司 | 一种改性三维电极材料的制备方法与钠离子电池 |
| CN117133866B (zh) * | 2023-10-27 | 2024-01-26 | 江苏传艺钠电科技有限公司 | 一种改性三维电极材料的制备方法与钠离子电池 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114530604A (zh) | 负极材料及包含其的电化学装置和电子装置 | |
| CN108493421B (zh) | 一种锂离子电池用锡-硅基石墨烯球负极材料的制备方法 | |
| WO2022016951A1 (zh) | 硅基负极材料、负极和锂离子电池及其制备方法 | |
| CN113728469B (zh) | 电化学装置和电子装置 | |
| WO2022198654A1 (zh) | 一种正极补锂材料、包含该材料的正极极片和电化学装置 | |
| CN106654170A (zh) | 一种直接用作锂离子电池的高性能负极及其制备方法和使用该负极的电池 | |
| CN113097431A (zh) | 电化学装置和电子装置 | |
| JP2023516413A (ja) | 負極活物質材料、並びに、それを用いた電気化学装置及び電子装置 | |
| WO2022140967A1 (zh) | 负极极片、电化学装置和电子装置 | |
| WO2014196615A1 (ja) | リチウムイオン二次電池用正極材料及びその製造方法 | |
| CN117174873A (zh) | 正极材料的制备方法、正极材料、正极极片、钠离子电池和用电装置 | |
| CN116706021A (zh) | 一种负极材料及其其制备方法与应用 | |
| CN107644980B (zh) | 预嵌锂硬炭材料及其制备方法和应用 | |
| WO2023070287A1 (zh) | 正极极片、电化学装置及电子装置 | |
| WO2022198657A1 (zh) | 一种正极补锂材料、包含该材料的正极极片和电化学装置 | |
| CN114144919A (zh) | 一种正极极片、包含该正极极片的电化学装置和电子装置 | |
| CN116190633B (zh) | 层状氧化物正极材料、其制备方法、正极组合物、钠离子二次电池和用途 | |
| CN114497498B (zh) | 电化学装置和电子装置 | |
| US20220158175A1 (en) | Anode material, electrochemical device and electronic device including the same | |
| WO2023082247A1 (zh) | 电极及其制备方法、电化学装置和电子装置 | |
| EP4207368A1 (en) | Positive electrode material, and electrochemical apparatus and electronic apparatus comprising same | |
| WO2022205107A1 (zh) | 负极极片、电化学装置和电子装置 | |
| WO2021092869A1 (zh) | 负极材料及包含其的电化学装置和电子装置 | |
| WO2023197097A1 (zh) | 硅碳复合材料、用于制备硅碳复合材料的方法、负极极片及电化学装置 | |
| CN114497465B (zh) | 极片的制备方法、电化学装置和电子装置 |
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 |