The invention relates to the field of lithium ion batteries, and discloses a carbon nanotube coated silicon negative electrode material, a negative plate, a preparation method and a lithium ion battery. The preparation method of the silicon negative material includes: (1) dissolving polyethylene glycol, citric acid and/or citric acid hydrate and transition metal salt in solvent to obtain precursor solution; (2) mixing, filtering and washing precursor solution with silicon material, then drying under the condition of isolating air to obtain silicon material coated with precursor; (3) coating silicon material with precursor. Mox/Si composite powders were obtained by sintering at 200 280 C for 1.5 3.5 h and natural cooling; (4) MOx/Si composite powders were heated to 400 800 C for 1 5 h under the protection of inert gas and/or weak reducing gas. The electrochemical performance of the silicon anode material obtained by this method is stable, and it can avoid damage to the structure of carbon nanotubes. The process is simple, and it does not need flammable and explosive alkanes as carbon source, so it has high safety.
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種碳納米管包覆的硅負(fù)極材料和負(fù)極片及其制備方法和鋰離子電池
本專利技術(shù)屬于鋰離子電池領(lǐng)域，具體涉及一種碳納米管包覆的硅負(fù)極材料和負(fù)極片及其制備方法和鋰離子電池。
技術(shù)介紹
隨著新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)鋰離子電池提出了越來(lái)越高的要求，提高能量密度和延長(zhǎng)的循環(huán)壽命已成為鋰離子電池急需解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)的石墨負(fù)極材料已經(jīng)很難滿足新形勢(shì)發(fā)展的需要。硅負(fù)極材料由于其理論比容量高(4200mAh/g)、脫嵌鋰電位低、硅的儲(chǔ)量豐富等優(yōu)點(diǎn)，已成為最具潛力的下一代鋰離子電池負(fù)極材料。然而，硅負(fù)極材料也存在著如下一些問(wèn)題：1、硅在充放電循環(huán)過(guò)程中產(chǎn)生的巨大的體積效應(yīng)容易造成材料的粉化，進(jìn)而脫離集流體，從而導(dǎo)致容量的迅速下降，循環(huán)性能差；2、硅本身是一種半導(dǎo)體材料，導(dǎo)電性能有待改善，因此需要摻雜高導(dǎo)電的物質(zhì)；3、循環(huán)時(shí)，硅會(huì)與電解液中的六氟磷酸鋰反應(yīng)，不易形成穩(wěn)定的SEI膜，使得容量保持率和庫(kù)倫效率低。針對(duì)這些問(wèn)題，目前的解決方法是將硅納米化和復(fù)合化。其中，硅納米化包括將硅做成硅納米線、硅納米管、硅納米顆粒、硅薄膜等，這種方法在一定程度上可以緩沖硅的體積膨脹，提高電池的循環(huán)性能；而硅的復(fù)合化大部分是將硅與高導(dǎo)電、柔軟的碳材料復(fù)合，這種方法既能提高導(dǎo)電性又能緩沖硅的體積膨脹。碳納米管具有獨(dú)特的中空結(jié)構(gòu)，且具有機(jī)械性能穩(wěn)定、電子電導(dǎo)率高、比表面積大、嵌鋰性能良好等優(yōu)點(diǎn)，但是若將碳納米管單獨(dú)作為鋰離子負(fù)極材料時(shí)，由于充放電過(guò)程中鋰離子與碳納米管中的氫鍵作用，會(huì)造成首次不可逆容量大及電壓滯后的現(xiàn)象，使得電池的能量密度降低，不利于實(shí)際應(yīng)用。因此，碳納米管通常作為導(dǎo)電材料與其他活性材料復(fù)合...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種原位制備碳納米管包覆的硅負(fù)極材料的方法，其特征在于，該方法包括：(1)配制前驅(qū)物溶液：將聚乙二醇、檸檬酸和/或一水合檸檬酸、過(guò)渡金屬鹽溶解在溶劑中，得到前驅(qū)物溶液；(2)制備前驅(qū)物包覆的硅材料：將所述前驅(qū)物溶液與硅材料進(jìn)行混合、過(guò)濾，并將所得的固體產(chǎn)物進(jìn)行洗滌，接著在隔絕空氣的條件下進(jìn)行干燥，得到前驅(qū)物包覆的硅材料；(3)低溫反應(yīng)：將所述前驅(qū)物包覆的硅材料在空氣氣氛中加熱至200?280℃燒結(jié)1.5?3.5h，自然冷卻，得到MOx/Si復(fù)合粉末；(4)高溫反應(yīng)：將所述MOx/Si復(fù)合粉末在惰性氣體和/或弱還原氣體保護(hù)下加熱至400?800℃燒結(jié)1?5h，即得所述碳納米管包覆的硅負(fù)極材料。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種原位制備碳納米管包覆的硅負(fù)極材料的方法，其特征在于，該方法包括：(1)配制前驅(qū)物溶液：將聚乙二醇、檸檬酸和/或一水合檸檬酸、過(guò)渡金屬鹽溶解在溶劑中，得到前驅(qū)物溶液；(2)制備前驅(qū)物包覆的硅材料：將所述前驅(qū)物溶液與硅材料進(jìn)行混合、過(guò)濾，并將所得的固體產(chǎn)物進(jìn)行洗滌，接著在隔絕空氣的條件下進(jìn)行干燥，得到前驅(qū)物包覆的硅材料；(3)低溫反應(yīng)：將所述前驅(qū)物包覆的硅材料在空氣氣氛中加熱至200-280℃燒結(jié)1.5-3.5h，自然冷卻，得到MOx/Si復(fù)合粉末；(4)高溫反應(yīng)：將所述MOx/Si復(fù)合粉末在惰性氣體和/或弱還原氣體保護(hù)下加熱至400-800℃燒結(jié)1-5h，即得所述碳納米管包覆的硅負(fù)極材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述聚乙二醇、檸檬酸和/或一水合檸檬酸、過(guò)渡金屬鹽的重量比為(0.3-1.8):(1.5-3.0):1；所述過(guò)渡金屬鹽選自硝酸鈷、氯化鈷、硫酸鈷、硝酸鎳、氯化鎳、硫酸鎳、硝酸亞鐵、氯化亞鐵和硫酸亞鐵中的至少一種，優(yōu)選選自硝酸鈷、硝酸鎳和硝酸亞鐵中的至少一種；所述溶劑選自甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、甲醛和水中的至少一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述硅材料與過(guò)渡金屬鹽的重量比為(1-10):1；所述硅材料為硅、氧化亞硅、硅/石墨復(fù)合材料或氧化亞硅/石墨復(fù)合材料；所述硅和氧化亞硅的粒徑各自獨(dú)立地為0.01-10μm，所述石墨的粒徑為3-30μm；所述干燥的條件包括溫度為60-90℃，時(shí)間為1-3h。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟(3)中，將所述前驅(qū)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳梅蓉，蔣玉雄，翁松清，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：廈門高容新能源科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：福建,35
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