一种新型锂离子电池用导电材料掺杂硅基负极材料及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于裡离子电池技术领域，具体设及裡离子电池用娃基负极材料的改性。
【背景技术】
[0002] 作为绿色二次电池代表的裡离子电池是一种可循环使用的高效洁净新能源，并成 为缓解不可再生能源过度消耗问题、环境与污染问题的重要绿色途径。裡离子电池W嵌裡 材料为负极，过渡金属氧化物为正极，利用溶有裡盐的有机电解液，使裡离子通过正负极进 行嵌入-脱出往复循环，达到储存和释放电化学能量的目的。
[0003] 商业化裡离子电池的负极材料主要W碳基材料为核屯、。但其较低的理论容量 (372mAh/g)，无法满足对日益高涨的正极材料容量的满足。为适应正极材料的高容量、高倍 率需求，越来越多的新型负极材料被人们所发现。
[0004] 娃基负极材料凭借其较高的理论容量（4200mAh/g)和较低的放电平台吸引了众 多科学家的目光，同时丰富的储量、绿色无污染更为其增加了研究的热度。但裡离子电池 用娃基材料存在着很大的体积膨胀问题，体积可膨胀至原体积300%，经过几周的循环过程 后，由于体积膨胀，负极极片表面发生断裂，甚至从极片上剥落，严重影响了电池随后的容 量和循环稳定性。
[0005] 改善娃基材料的方法主要有将娃单质纳米化、改善其形貌（娃纳米线、娃纳米管） 或娃单质与第二相材料的复合。所述第二相材料是具有良好导电性或有较完善网络结构的 材料，常见的有碳基材料和高分子有机相材料。高分子有机相材料的良好弹性特征，缓和娃 体积的膨胀，并为活性材料和集流体间提供良好的电接触，正是由于W上优势使高分子有 机相材料成为裡离子电池娃基材料的热口研究方向。Se-Hee Lee等人利用聚丙締膳渗杂娃 制备新型娃基负极材料，与单质娃相比，较好的提高了其循环稳定性。但该种方式存在生产 工艺复杂和生产成本过高等缺陷。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，寻找一种新的导电材料对纳米娃单质进 行复合，借W缓和娃基材料在裡离子电池充放电过程中因嵌脱裡引起的巨大的体积变化， 在保持娃基材料高容量的同时改善其循环稳定性。
[0007] 本发明的第二个目的是提供一种相对简易的"类溶胶-凝胶"制备方法，同时省去 导电剂和粘结剂等附加材料，使其更有利于商业化规模制备。
[000引为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0009] 一种裡离子电池用娃基负极材料，所述材料的原料中包括下式（1)所示的化合物 的一种或多种，W及娃纳米颗粒：
[0010]
[0011] 其中，
[0012] 两个-OH为邻位、间位或对位，优选为间位；
[0013] Ri为取代或未取代的芳杂环，所述取代基选自C1-C4的烷基、面素、締基或芳基；
[0014] R2相同或不同，彼此独立地为H、C1-C4的烷基、面素、締基或芳基。
[0015] 根据本发明，所述芳杂环可W为化晚、快喃、唾吩或化咯。
[0016] 根据本发明，所述Ri的取代基优选为甲基、面素、己締基或苯基。
[0017] 根据本发明，所述R2相同或不同，彼此独立地为H、甲基、面素、己締基或苯基。
[0018] 根据本发明，所述化合物可W是4-(2-化晚偶氮）-1，3-苯二酪（简称PAR)、 4-(2-快喃偶氮）-1, 3-苯二酪、4-(2-唾吩偶氮）-1, 3-苯二酪、4-(2- R比咯偶氮）-1, 3-苯 二酪、。
[0019] 根据本发明，所述娃纳米颗粒的粒径为5-lOOnm，优选10-50nm，更优选20-40nm。
[0020] 根据本发明，所述化合物与娃纳米颗粒的质量比为1:9~9:1，优选1-4:6-9，更优 选 3:7。
[0021] 本发明中所使用的原材料如4-(2-化晚偶氮）-1,3-苯二酪（简称PAR)和娃纳米 颗粒（30nm)等，均可在市场上购得。
[0022] 本发明还提供如下技术方案：
[0023] 上述裡离子电池用娃基负极材料的制备方法，其包括W下步骤：
[0024] (1)配置上述式（1)所示化合物中的一种或多种与所述娃纳米颗粒的混合溶液；
[0025] (2)将所述混合溶液挥发至可粘稠程度后涂抹在负极材料的基底上；
[0026] 做烘干；
[0027] (4)锻烧；制得所述裡离子电池用娃基负极材料。
[0028] 根据本发明，步骤（1)中，所述溶液的溶剂选自N，N-二甲基甲酯胺（简称NMP)、 N，N-二甲基己酷胺等酷胺类有机溶剂。
[0029] 根据本发明，步骤（1)中，所述混合溶液经超声处理后在室温下进行磁力揽拌后 获得。
[0030] 根据本发明，步骤（2)中，所述混合溶液挥发至可粘稠程度后，再次超声，然后再 涂抹在负极材料的基底上。
[0031] 优选地，所述基底选自铜巧、泡沫镶或泡沫铜。
[0032] 根据本发明，所述方法具体包括W下步骤：
[003引 （1)将PAR与娃纳米颗粒按一定配比溶于N，N-二甲基甲酯胺（简称NM巧中，超声 处理后在室温下进行磁力揽拌，获得混合溶液；
[0034] (2)将步骤（1)所得溶液挥发至可粘稠程度后再次超声，取出后均匀涂抹在铜巧 上，获得极片；
[0035] (3)将步骤（2)所得极片在烘箱内烘干，使NMP有机溶剂挥发干净；
[0036] (4)将步骤（3)所得极片在氣气气氛保护下放置在管式炉内锻烧一定温度，降至 室温后，制得所述裡离子电池用娃基负极材料。
[0037] 根据本发明，所述化合物与娃纳米颗粒的质量比为1:9~9:1，优选1-4:6-9，更优 选 3:7。
[003引根据本发明，步骤（4)中的锻烧温度范围为100~1000°C，优选300°C。
[0039] 本发明还提供如下技术方案：
[0040] 一种裡离子电池，其包括上述的娃基复合材料作为负极材料。
[0041] 本发明的有益效果是：
[0042] 本发明制备的裡离子电池用娃基负极材料（如实施例中的PAR@Si基材料），采用 "类溶胶-凝胶法"，将上述化合物与娃纳米颗粒有效混合，一方面利用上述化合物结构中的 双哲基与娃基结合，将活性物质与基底（如铜巧等）很好的连接在一起，起到粘结剂的作 用，使娃单质在循环过程中很好的粘结在集流体上；另一方面所述化合物为一类导电材料， 其良好的导电性也提高了电极表面的离子传输速率，起导电剂的作用，为裡离子的嵌脱裡 过程提供畅通的传输通道，减小了传输阻力。所述化合物在保持娃纳米颗粒高循环容量的 同时，提高了循环稳定性，延长了电池的使用寿命
[0043] 另外，本发明的"类溶胶-凝胶"制备方法，简单易行，在满足裡电正极材料对负极 容量需求的同时，更实现了商业化规模生产条件。
【附图说明】
[0044] 图1为本发明实施例1