中空硅微球-氮掺杂碳纳米线硅负极材料及其制法和应用的制作方法

文档序号:21970999发布日期:2020-08-25 19:00阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种中空硅微球-氮掺杂碳纳米线硅负极材料的制备方法,其包括以下步骤:

聚胺类化合物溶于n-甲基吡咯烷酮中,获得聚胺类化合物溶液;

有机硅源溶于有机溶剂中,获得有机硅源溶液;

纳米金属颗粒分散于有机硅源溶液中,在搅拌过程中加入聚胺类化合物溶液,进行溶胶-凝胶反应,获得初胶液;

氨水加入到初胶液中,进一步进行溶胶-凝胶反应,获得胶液;

胶液进行静电纺丝得到原丝;原丝烧结后浸酸处理,酸处理后的产物洗涤至中性并干燥得到中空硅微球-氮掺杂碳纳米线硅负极材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法,其中,在聚胺类化合物溶液中,所述聚胺类化合物的摩尔浓度为1~5mol/l;

优选地,所述聚胺类化合物包括聚酰胺、聚酰胺亚胺和聚苯胺中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的制备方法,其中,在有机硅源溶液中,所述有机硅源的摩尔浓度为1~5mol/l;

优选地,所述有机硅源包括正硅酸乙酯、正硅酸甲酯及其同系物或卤素取代物中的一种或多种的组合;

优选地,所述有机溶剂包括乙醇、乙醚和苯中的一种或多种的组合。

4.根据权利要求1所述的制备方法,其中,将纳米金属颗粒分散于有机硅源溶液中,在搅拌过程中加入聚胺类化合物溶液,进行溶胶-凝胶反应时,反应体系中,所述纳米金属颗粒、所述有机硅源和所述聚胺类化合物的摩尔比为(1~4):1:(0.6~1.5);

优选地,所述纳米金属颗粒包括mg、al、fe、co、ni中的一种或多种金属的纳米颗粒;

优选地,加入聚胺类化合物溶液进行溶胶-凝胶反应的温度为常温,反应时间为0.5~2h。

5.根据权利要求1所述的制备方法,其中,所述氨水与所述初胶液的体积比为(1~2):20;所述氨水的摩尔浓度为4~10mol/l;

优选地,氨水加入到初胶液中进一步进行溶胶-凝胶反应的温度为常温,反应时间为0.5~4h。

6.根据权利要求1所述的制备方法,其中,将胶液进行静电纺丝得到原丝包括如下步骤:

采用高压静电纺丝设备对胶液进行静电纺丝,所述高压静电纺丝设备包括注射器泵、铜箔和高压电源;所述注射器泵的喷雾针头与所述高压电源相电连接,所述铜箔与所述高压电源相电连接;所述注射器泵的喷雾针头垂直正对所述铜箔;

将胶液加入到注射器泵中,通过控制注射器泵的喷雾针头喷出的胶液流速进行静电纺丝,采用铜箔进行收集原丝;

优选地,所述喷雾针头与所述铜箔之间的距离为10~40cm,所述胶液的流速为1~5ml/h;所述高压电源的工作电压为10~30kv。

7.根据权利要求1所述的制备方法,其中,原丝烧结包括:将原丝置于惰性气体保护的管式炉中进行两段式烧结;

优选地,所述惰性气体包括氩气、氦气、氖气和氪气中的一种或多种;

优选地,进行两段式烧结的第一段烧结温度为600~800℃,第一段烧结时间为6~24h;第二段烧结温度为800~1100℃,第二段烧结时间为0.5~6h。

8.根据权利要求1所述的制备方法,其中,浸酸处理包括:原丝烧结后依次浸入到氢氟酸、盐酸中进行酸处理;

优选地,所述氢氟酸的质量分数为20%~40%,处理时间为0.5~4h;

优选地,所述盐酸的质量分数为10%~38%,处理时间为0.5~2h;

优选地,酸处理后的产物采用去离子水进行洗涤,洗涤后的产物进行真空干燥,真空干燥的温度为60~100℃,时间为4~12h。

9.权利要求1~8任一项所述制备方法制备获得的中空硅微球-氮掺杂碳纳米线硅负极材料。

10.权利要求9所述中空硅微球-氮掺杂碳纳米线硅负极材料在制备锂离子电池中的应用。


技术总结
本发明提供一种中空硅微球‑氮掺杂碳纳米线硅负极材料及其制法和应用。制备方法包括:聚胺类化合物溶于N‑甲基吡咯烷酮中,获得聚胺类化合物溶液;有机硅源溶于有机溶剂中,获得有机硅源溶液;纳米金属颗粒分散于有机硅源溶液中,在搅拌过程中加入聚胺类化合物溶液,进行溶胶‑凝胶反应,获得初胶液;氨水加入到初胶液中,进一步进行溶胶‑凝胶反应,获得胶液;胶液进行静电纺丝得到原丝;原丝烧结后浸酸处理,酸处理后的产物洗涤至中性并干燥得到中空硅微球‑氮掺杂碳纳米线硅负极材料。该硅负极材料在嵌锂过程中,可以向内部膨胀以及释放应力,其膨胀较传统硅材料小;用于制备锂离子电池,制得的锂离子电池膨胀较小,循环稳定性较高。

技术研发人员:王辉;王庆莉;林少雄;许家齐;辛昱;齐美洲;张辰
受保护的技术使用者:合肥国轩高科动力能源有限公司
技术研发日:2020.05.22
技术公布日:2020.08.25
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