[发明专利]纤维素原位碳基锂电池气凝胶及其制备方法

说明书

本发明提供一种纤维素原位碳基锂电池气凝胶及其制备方法，包括以下步骤：(1)将锡源分散水中形成均相分散锡溶液体系；(2)向锡溶液体系中加入4‑10重量份羟乙基纤维素，常温下搅拌(3)向黏状液体中加入碱溶液继续搅拌均匀，再加入交联剂于常温下搅拌均匀，最后在常温下聚合形成透明或者半透明块状凝胶；(4)将获得的凝胶干燥，再将干燥后的凝胶进行碳化、球磨、洗涤处理得到纤维素原位碳基锂电池气凝胶，本发明制得的气凝胶性能优异，在锂电池负极材料中具有良好的克容量，同时保证了其拥有较好的制备工艺以及出色的比表面积，制备原料来源广，制备方法简单，制备成本低，有望实现工业化大规模生产。

技术领域

本发明涉及固态锂电池技术领域，具体涉及一种纤维素原位碳基锂电池气凝胶及其制备方法。

背景技术

锂电池经过数十年的发展，目前已经成为日常生活中使用最为广泛的储能单元，主要是用在手机电池、笔记本电池等数码产品以及电池汽车等方面。随着电子产品逐渐轻量化、微型化以及高集成化，对电池的要求也越来越高。电池的比能量、形状以及安全性都极大地限制了目前包括手机、笔记本电脑和无人机等电子产品的发展，所以目前最为迫切的问题便是寻找一种新型高比能电极材料，改善电池的储能性能，这样才能跟上相关产业的发展进度。

目前新型锂电池负极材料主要包括石墨烯材料、硅碳材料以及锡碳材料，石墨烯材料由于生产成本过高，难以实现电池材料的产业化生产，硅碳材料由于在充放电过程中体积膨胀过大也限制了其商用化进度，相对于前两种材料，锡碳材料价格便宜，属于金银铜铁锡五大金属之一，生产技术成熟，商业化前景良好。

单质锡储锂性能很好，但是也面临着体积膨胀的问题，所以需要采用碳材料进行掺杂改性或者包覆等处理过程。目前使用的掺杂主要为球磨复合，将碳源与锡材料在球磨的环境下充分混合制备粒径为微纳米级的微粒材料，改善锡碳材料的性能。但是由于球磨时间过长，能源消耗过大，难以大批量工业化生产，限制其应用。还有一种方法是模板法，先通过一些其他的物质与碳源形成微观复合结构，在使用一些特殊的溶剂将其他的物质溶解留下多孔碳源微观结构，再将锡源填充进去形成碳包锡的结构，实现高容量的负极材料。相对于前面一种方法，这种方法得到的性能更好一些，但是制备过程更为复杂，产品的一致性难以得到保障，对电池的性能具有一些不确定性因素影响。

电池负极材料的性能对电池的整体性能起着至关重要的作用，在锂电池四大组成部件中有着不可或缺的地位。现有的技术主要由于生产工艺和生产成本的限制难以实现大批量工业化生产，为了弥补现有技术的空白，本发明提供了一种纤维素原位碳基锂电池锡碳气凝胶负极材料机子制备方法。

发明内容

针对目前锂电池负极材料存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种纤维素原位碳基锂电池气凝胶及其制备方法，以生物质原料羟乙基纤维素为负极材料的骨架材料，以环氧氯丙烷等为气凝胶的化学交联剂，加入锡源以及碱溶液提供碱性环境，在常温或者低温条件下完成气凝胶的聚合反应，形成均匀表面光滑的凝胶材料，再将该凝胶材料进行干燥处理，最后经过碳化形成锂电池气凝胶负极材料。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种纤维素原位碳基锂电池气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纳米锡、四氯化锡、氯化亚锡至少一种作为锡源分散于60-100重量份水中形成均相分散锡溶液体系；锡源中所含锡的总量为2-8重量份；

(2)向锡溶液体系中加入4-10重量份羟乙基纤维素，常温下搅拌，使其充分溶解形成透明或者半透明黏状液体；

(3)向黏状液体中加入碱溶液继续搅拌均匀，再加入5-150重量份交联剂于常温下搅拌均匀，最后在常温下聚合形成透明或者半透明块状凝胶；

(4)将获得的凝胶干燥，再将干燥后的凝胶进行碳化、球磨、洗涤处理得到纤维素原位碳基锂电池气凝胶。