碳-硅复合材料、包括它的锂二次电池阳极和锂二次电池的制作方法_4

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可以为70-100wt%。
[0110] 所述碳-硅复合材料(2)可以进一步包括无定形碳涂层作为最外层。
[0111] 当第二碳颗粒是石墨颗粒时,它们可以具有层状或片形状,并且具有〇. 5-500ym 的平均直径和0. 01-100ym的层状厚度。
[0112] 详细地,碳-硅复合材料(1)可以为0.5-50ym。
[0113] 包括在碳-硅复合材料(2)中的碳化的Si-嵌段共聚物核-壳颗粒如上针对包括 在碳-硅复合材料(1)中的碳化的Si-嵌段共聚物核-壳颗粒所述的。
[0114] 在下文,将详细地描述用于制备碳-硅复合材料(2)的方法。
[0115] 用于制备碳-硅复合材料(2)的方法可以包括以下步骤:制备包含Si-嵌段共聚 物核-壳颗粒的浆液;将浆液与第一碳前体和第二碳前体混合以制备混合物溶液;和使所 述混合物溶液经历碳化工艺。
[0116] 在此,所述方法可以进一步包括将碳-硅复合材料球化处理。
[0117] 在混合物溶液中,第一碳前体溶解在衆液的分散介质中,第二碳前体在分散介质 中不溶。为此原因,当混合物溶液经历碳化过程时,形成包括引入并分散在第一碳基质中的 碳化的Si-嵌段共聚物核-壳颗粒的碳-硅复合材料(1),并且第二碳前体形成分开的第二 碳颗粒。因此,可以形成具有上述结构的碳-硅复合材料(2)。
[0118] 根据制备碳-硅复合材料的方法,可以制备碳-硅复合材料(2),其中碳化的 Si-嵌段共聚物核_壳纳米颗粒均匀分散遍及碳_硅复合材料中的第一碳基质,并因此碳化 的Si-嵌段共聚物核-壳颗粒均匀分散遍及碳-硅复合材料(2)。
[0119] 根据制备碳-硅复合材料(2)的方法,包括均匀分散并分布遍及第一碳基质和 碳-硅复合材料(2)的碳化的Si-嵌段共聚物核-壳纳米颗粒的碳-硅复合材料(2)可以 通过使用Si-嵌段共聚物核-壳颗粒的浆液形成,其中Si-嵌段共聚物核-壳颗粒的浆液 是通过在与第一碳前体和第二碳前体混合前良好分散Si-嵌段共聚物核-壳颗粒制备的。
[0120] 用于制备碳-硅复合材料(2)的含有Si-嵌段共聚物核-壳颗粒的浆液是如上针 对用于制备碳-硅复合材料(1)的含有Si-嵌段共聚物核-壳颗粒的浆液所述的。
[0121] 在如上所述制备浆液后,其与第一碳前体和第二碳前体混合以制备含有溶解在浆 液中的第一碳前体的混合物溶液。浆液的分散介质可以溶解第一碳前体,第二碳前体在浆 液的分散介质中不溶解。
[0122] 第一碳前体可以包括选自沥青、聚合物和其组合组成的组中的至少一种。
[0123] 第二碳前体可以包括选自天然石墨、人造石墨、软质碳、沥青、石墨烯、碳纳米管和 其组合组成的组中的至少一种。
[0124] 当沥青用作为第一碳前体或第二碳前体时,可以是商业可获得的煤焦油基的沥青 或石油基的沥青。具体地,无定形碳材料可以用作为第一碳前体,晶体碳材料可以用作第二 碳前体。
[0125] 碳前体在随后的碳化过程中进行碳化,以分别形成第一碳基质和第二碳颗粒。在 此,因为第一碳前体和第二碳前体溶解在混合物溶液中,碳化的Si-嵌段共聚物核_壳颗粒 在其中分散而形成碳-硅复合材料(2)。
[0126] 在本申请公开内容中使用的第一碳前体和第二碳前体可以是导电性的或非导电 性的。
[0127] 分散介质的具体实例如上所述。
[0128] 混合物溶液中第一碳和第二碳的含量如上所述。含有Si-嵌段共聚物核-壳颗粒 的浆液可以适当地与第一碳前体和第二碳前体混合,从而可以形成碳-硅复合材料。
[0129] 在如上所述制备混合物溶液后,其经历碳化过程以制备碳-硅复合材料(1)和第 二碳颗粒的混合物。
[0130] 在制备碳-硅复合材料(2)的方法中使用的碳化过程是如上针对在制备碳-硅复 合材料(1)的方法中使用的碳化过程所述的。
[0131] 接着,可以将碳-硅复合材料(1)与所述第二碳颗粒的混合物球化处理。此球化 处理的方法可以使用各种不同的已知方法和装置进行。球化处理的碳-硅复合材料可以包 括在碳-硅复合材料(1)和第二碳颗粒之间形成的孔。此外,碳-硅复合材料可以包括在 上述碳化过程中通过溶剂蒸发形成的孔。
[0132] 制备方法可以进一步包括将球化处理的碳_硅复合材料用无定形碳前体涂覆和 将涂覆的碳前体进行碳化的步骤,以形成无定形碳涂覆层。
[0133] 用于锂二次电池的阳极
[0134] 本申请公开内容提供一种用于锂二次电池的阳极,其包含涂有阳极浆体的阳极集 电器,所述阳极浆体包含:碳-硅复合材料;粘合剂和增稠剂。
[0135] 用于锂二次电池的阳极是通过用包含碳-硅复合材料、粘合剂和增稠剂的阳极浆 体涂覆阳极集电器并将涂覆的阳极集电器干燥和卷起形成的。
[0136] 用于本申请公开内容的粘合剂可以选自各种粘合剂聚合物,包括苯乙烯丁二烯橡 胶(SBR)、羧甲基纤维素(CMC)、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-共-HFP)、聚偏二氟 乙烯、聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯。增稠剂用于控制粘度并可以选自羧甲基纤维素、羟甲 基纤维素、羟乙基纤维素和羟丙基纤维素。
[0137] 阳极集电器可以由不锈钢、镍、铜、钛或其合金制成。优选由铜或铜合金制成。
[0138] 锂二次电池
[0139] 本申请公开内容提供包括如上所述的锂二次电池阳极的锂二次电池。
[0140] 锂二次电池包括上述的碳-硅复合材料作为阳极活性材料,并因此具有改善的充 电容量和寿命特征,其中所述碳_硅复合材料包括在其中均匀分散的碳化的Si-嵌段共聚 物核-壳纳米颗粒。
[0141] 锂二次电池包括:如上所述的锂二次电池阳极;包括阴极活性材料的阴极;隔板; 和电解液。
[0142] 阴极活性材料可以是能够吸收和释放锂的化合物,例如1^1111204、1^(:〇02、1^附0 2或 LiFe02〇
[0143] 隔板插入到阳极和阴极之间以在其间提供绝缘,并可以由烯烃类多孔膜,例如聚 乙稀或聚丙稀膜制成。
[0144] 此外,用于本申请公开内容的电解液可以是一种或多种锂盐在一种或多种非质子 溶剂中的溶液,所述锂盐选自LiPF6,LiBF4,LiSbF6,LiAsF6,LiC104,LiCF3S03,Li(CF3S02)2N,L iC4F9S03,LiSbF6,LiA104,LiAlCl4,LiN(CxF2x+1S02) (CyF2y+1S02)(x和y:自然数),LiCl,Lil等, 所述溶剂选自碳酸丙烯醋、碳酸乙烯醋、碳酸丁烯醋、苯甲腈、乙腈、四氢呋喃、2-甲基四氢 呋喃、Y-丁内酯、二氧戊烷、4-甲基二氧戊烷、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基 亚砜、二噁烷、1,2-二甲氧基乙烷、环丁砜、二氯乙烷、氯苯、硝基苯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙 酯、碳酸二乙酯、碳酸甲基丙基酯、碳酸甲基异丙基酯、碳酸乙基丙基酯、碳酸二丙基酯、碳 酸二异丙基酯、碳酸二丁基酯、二甘醇和二甲醚。
[0145] 此外,中型或大型电池模块或电池包可以通过能够相互连接的多个锂二次电池来 提供。中型或大型电池模块或电池包可以作为用于下面至少一种的中型或大型的装置电力 供应:电动工具;电动汽车包括电动汽车(EV)、混合电动汽车(HEV)、和插电式混合电动汽 车(PHEV);电动卡车;商用电动汽车;和电力储备系统。
[0146] 下面将参照实施例更详细地描述本申请公开内容。然而,应该理解的是,这些实施 例仅仅是示意性目的,而非用于限制本申请公开内容的范围。 实施例
[0147] 实施例1 :制各硅-碳复合材料(1)
[0148] 通过可逆的加成断裂链转移法从聚丙烯酸和聚苯乙烯制备聚丙烯酸-聚苯乙烯 嵌段共聚物。在此,聚丙烯酸具有4090g/mol的数均分子量(Mn),和聚苯乙烯具有29370g/ mol的数均分子量(Mn)。0.lg的聚丙烯酸-聚苯乙烯嵌段共聚物与8. 9g的N-甲基-2-吡 咯烷酮(NMP)混合。lg的具有平均粒径为50nm的Si颗粒加入到9g的混合物溶液中。已 经向其中加入硅颗粒的混合的溶液使用超声变幅杆在20kHz进行声处理10分钟,由此制备 含有核-壳纳米颗粒的浆液。
[0149] 通过动态光散射测量Si-共聚物核-壳颗粒在含有Si-共聚物核-壳颗粒的浆液 中的分布特征(测量装置:ELS-Z2,0tsukaElectronics制造)。结果,如图1所示,D5
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