[发明专利]一种导电聚合物包覆纳米硅粉及其制备方法和应用以及硅碳负极材料

说明书

本发明提供了一种导电聚合物包覆纳米硅粉及其制备方法和应用以及硅碳负极材料，该导电聚合物包覆纳米硅粉包括由离子型导电聚合物粘结包覆纳米硅颗粒形成的二次颗粒，离子型导电聚合物中掺杂有锂盐。本发明导电聚合物包覆纳米硅粉在制备硅碳前驱体中的应用，具体包括以下步骤：(1)将所述导电聚合物包覆纳米硅粉和石墨、碳包覆剂混合均匀，得混合粉末；(2)在氮气或惰性气体气氛中，将所述混合粉末进行高温碳化处理，破碎过筛后，获得硅碳前驱体。本发明可实现对纳米硅体积膨胀的减缓作用，同时利用离子型导电聚合物的特性，提升硅材料本身导电性差的不足，实现硅碳材料的综合性能的提高。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种导电聚合物包覆纳米硅粉及其制备方法和应用以及硅碳负极材料。

背景技术

锂离子电池经过十几年的发展，到目前为止能量密度提升已出现瓶颈，最主要的问题在于已商业化的正、负极材料储锂容量已基本达到理论极限。其中石墨碳类负极材料容量已达360mAh/g，接近372mAh/g的理论值，上升空间非常小。为实现更高能量密度，理论克容量高达4200mAh/g的硅基材料被广泛关注。与石墨材料相比，硅基材料的理论能量密度超其10倍以上，被认为是锂离子电池高比容量负极材料中最具潜力的材料之一。

硅负极材料应用的主要问题是膨胀大，膨胀率可达300％，较大膨胀率最终将导致应用过程中活性物质粉化和电极表面的SEI膜破坏，使循环性能变差；同时，由于硅的半导体性质，其导电性也较差，体现为较差的倍率性能。因此，对于锂离子电池实际应用，硅负极材料还面临着巨大的挑战。目前研究者们主要通过表面包覆处理、或者硅颗粒纳米化来缓解或者减小硅的体积变化，避免硅材料的颗粒粉化和SEI膜的反复生长。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种导电聚合物包覆纳米硅粉及其制备方法和应用以及硅碳负极材料，本发明可实现对纳米硅体积膨胀的减缓作用，同时利用离子型导电聚合物的特性，提升硅材料本身导电性差的不足，从而实现硅碳材料的综合性能的提高。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种导电聚合物包覆纳米硅粉，包括由离子型导电聚合物粘结包覆纳米硅颗粒形成的二次颗粒，所述离子型导电聚合物中掺杂有锂盐。

本发明离子型导电聚合物中的给电子基团与锂盐中的锂离子形成配位键，即离子型导电聚合物与锂盐掺杂形成导电聚合物/锂盐络合物。该导电聚合物/锂盐络合物，其具有较好的导电效果，且会利于锂离子迁移，可有效提升硅碳材料的性能。进一步的，上述导电聚合物/锂盐络合物在经过高温碳化后，可在碳化结构中形成适宜锂离子迁移的通道，提升导电性能，且碳化后的导电聚合物具有一定的强度，可以抑制硅在充放电过程的体积变化，能有效实现对纳米硅体积变化的缓解作用，可提升硅碳材料的倍率性能，最终使所得硅碳材料的综合性能得到提高。

本发明中的离子型导电聚合物为可为常规的离子型导电聚合物，优选的，所述离子型导电聚合物包括聚环氧乙烷、聚环氧丙烷中的至少一种；所述离子型导电聚合物的数均分子量为200～1000W。本发明使用线形高分子材料聚环氧乙烷、聚环氧丙烷，可更好的提升硅碳材料的性能。

优选的，所述锂盐包括Li₂CO₃、Li₃BO₃、LiF、LiSCN中的至少一种。上述锂盐结构稳定，掺杂效果好。

优选的，所述离子型导电聚合物的质量为纳米硅颗粒质量的3％～15％，所述锂盐与离子型导电聚合物的质量比为0.1～0.5:1。上述质量占比的导电聚合物和锂盐，使形成的碳化网络结构对纳米硅体积变化的缓解作用好，高温碳化后可更好的形成锂离子迁移的通道。