本發(fā)明屬于電池材料領(lǐng)域，具體涉及一種人造纖維纏繞復合硅碳負極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、近年來，鋰離子電池領(lǐng)域發(fā)展迅速。面對日益增長的能量密度需求，成熟的石墨負極材料已不能滿足其需求，急需開發(fā)更高能量密度的鋰離子負極材料。

2、目前負極市場開發(fā)的第三代硅碳材料因能量密度高、首效比硅氧高，在眾多硅系材料中被譽為最有前景的負極材料。但硅材料本身高體積膨脹率，導致循環(huán)后期活性物質(zhì)在集流體上脫落，直至極片裂解，從而限制了硅碳負極材料的循環(huán)性能。

3、2017年6月27日公開的公開號為cn?106898755?a的專利，公開了硅碳負極材料的制備方法及采用該方法制備得到的硅碳負極材料，其公開的制備方法包括：步驟1，配制含有石墨烯的包覆層漿料，噴霧進入包覆室，并使得形成的顆粒帶有電荷，且每個顆粒的帶電量為q1；步驟2，將核結(jié)構(gòu)組分噴入包覆室，并使得其表面帶有與步驟1所述顆粒相反的電荷，且每個顆粒的帶電量為q2；步驟3，包覆反應(yīng)：調(diào)節(jié)包覆室內(nèi)的氣流，使得步驟1的顆粒均勻的包覆于步驟2所述的核結(jié)構(gòu)表面；步驟4，進行后處理得到成品硅碳顆粒；從而制的性能優(yōu)良的硅碳負極材料。但是其使用石墨烯，成本較高。

4、因此，提供一種性能優(yōu)良、成本更低的硅負極材料的材料十分必要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種人造纖維纏繞復合硅碳負極材料及其制備方法，利用回收隔膜作原料制備碳纖維纏繞硅碳的負極，獲得人造纖維纏繞復合硅碳負極材料，且制備方法簡單，原料取用回收的鋰離子電池，原料易得，成本低，可以普遍被工業(yè)化所接受。

2、本發(fā)明還有一個目的在于提供一種人造纖維纏繞復合硅碳負極材料的應(yīng)用，用于鋰離子電池。

3、本發(fā)明具體技術(shù)方案如下：

4、一種人造纖維纏繞復合硅碳負極材料的制備方法，包括以下步驟：

5、1)將pp隔膜預(yù)處理，再加熱為熔融狀態(tài)，制成纖維；

6、2)將步驟1)所得纖維和硅碳負極研磨混合后，碳化，得到初步碳化前驅(qū)體；

7、3)將初步碳化前驅(qū)體研磨后，二次碳化，得到人造纖維纏繞復合硅碳負極材料。

8、步驟1)中，所述pp隔膜是指：使用儲能用40ah電芯拆解回收的pp隔膜；

9、步驟1)中，所述預(yù)處理是指：常溫常壓下，將pp隔膜浸泡在碳酸二甲酯dmc內(nèi)5±0.5h，后浸泡在無水乙醇內(nèi)5±0.5h，二次浸泡后取出80℃烘箱內(nèi)烘干；所述pp隔膜和dmc的質(zhì)量比為1:10；pp隔膜和無水乙醇的質(zhì)量比＝1:20；通過以上預(yù)處理，達到除雜質(zhì)的作用，為后續(xù)熔融紡絲獲得纖維做準備，以免雜質(zhì)后面制成纖維影響負極的性能。

10、進一步的，步驟1)中，將預(yù)處理后的pp隔膜放入紡絲機的熔體室中，通過加熱熔化成熔融態(tài)，然后將熔融聚丙烯通過紡絲盤擠出，并在擠出口形成纖維，纖維冷卻后得到樣品纖維；加熱溫度為180±5℃，制備的纖維直徑為50±5μm，纖維的長度為3-5mm。

11、步驟2)中，纖維和硅碳負極質(zhì)量比為0.5-2:98-99.5；

12、步驟2)中，研磨混合，利用球磨機研磨4.5-5.5h，實現(xiàn)纖維無序纏繞在硅碳負極上；

13、步驟2)中，所述碳化是指：升溫速率0.5℃/min，升溫至溫度500℃，保溫時間10h，得到初步碳化前驅(qū)體；

14、步驟3)中，將初步碳化后的樣品，再次研磨后放入純氬氣狀態(tài)的管式爐內(nèi)，進行二次碳化，形成碳纖維。

15、步驟3)中，所述研磨是指球磨機研磨4.5-5.5h；再次研磨混合，進一步實現(xiàn)纖維纏繞在硅碳負極上。

16、步驟3)中，所述二次碳化，升溫速率1℃/min升溫至溫度900℃，保溫時間10h。

17、本發(fā)明提供的一種人造纖維纏繞復合硅碳負極材料，采用上述方法制備得到。

18、本發(fā)明提供的一種人造纖維纏繞復合硅碳負極材料的應(yīng)用，用于鋰離子電池制備。

19、所述鋰離子電池包括負極，所述負極采用的負極漿料中，包括人造纖維纏繞復合硅碳負極材料、導電碳黑和海藻酸鈉；質(zhì)量比為80-95:2.5-10:2.5-10。

20、本發(fā)明將使用儲能用40ah電芯拆解回收使用的pp隔膜作為原材料，回收隔膜經(jīng)過處理后，制備碳纖維，碳纖維與硅碳負極復合制成復合材料，碳纖維電導率高，細長的物理性質(zhì)纏繞在硅碳負極表面，抑制其體積膨脹，改善循環(huán)性能。本發(fā)明利用鋰離子電池回收技術(shù)，制成碳纖維纏繞在硅碳負極表面，提高容量電池循環(huán)性能的作用。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用簡易方法碳化回收pp隔膜，制備碳纖維，碳纖維通過研磨無序纏繞硅負極，制備復合材料，能提升硅負極導電性、循環(huán)性能，改善硅負極循環(huán)性能中因體積膨脹導致的極片粉化問題。且采用回收材料制備，成本低。同事導電性提到提升，有望解決減少配方中導電碳黑使用比例，提升活性物質(zhì)含量，提升配方體系的能量密度。

技術(shù)特征：

1.一種人造纖維纏繞復合硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述預(yù)處理是指：常溫常壓下，將pp隔膜浸泡在碳酸二甲酯dmc內(nèi)5±0.5h，后浸泡在無水乙醇內(nèi)5±0.5h，二次浸泡后取出80℃烘箱內(nèi)烘干。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述pp隔膜和dmc的質(zhì)量比為1:10；pp隔膜和無水乙醇的質(zhì)量比＝1:20。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，制備的纖維直徑為50±5μm，纖維的長度為3-5mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，纖維和硅碳負極質(zhì)量比為0.5-2:98-99.5。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述碳化是指：升溫至溫度500℃，保溫時間10h，得到初步碳化前驅(qū)體。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中，所述二次碳化，升溫速率1℃/min升溫至溫度900℃，保溫時間10h。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)和步驟3)中，所述研磨均是指球磨機研磨4.5-5.5h。

9.一種權(quán)利要求1-8任一項所述制備方法制備的人造纖維纏繞復合硅碳負極材料。

10.一種權(quán)利要求9所述的人造纖維纏繞復合硅碳負極材料的應(yīng)用，其特征在于，用于鋰離子電池制備。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種人造纖維纏繞復合硅碳負極材料及其制備方法和應(yīng)用，制備方法為：1)將PP隔膜預(yù)處理，再加熱為熔融狀態(tài)，制成纖維；2)將步驟1)所得纖維和硅碳負極研磨混合后，碳化，得到初步碳化前驅(qū)體；3)將初步碳化前驅(qū)體研磨后，二次碳化，得到人造纖維纏繞復合硅碳負極材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用簡易方法碳化回收PP隔膜，制備碳纖維，碳纖維通過研磨無序纏繞硅負極，制備復合材料，能提升硅負極導電性、循環(huán)性能，改善硅負極循環(huán)性能中因體積膨脹導致的極片粉化問題。且采用回收材料制備，成本低。同事導電性提到提升，有望解決減少配方中導電碳黑使用比例，提升活性物質(zhì)含量，提升配方體系的能量密度。

技術(shù)研發(fā)人員：張黎,馮艷,陶柱晨,謝嘉欣,何業(yè)全,徐晴楓
受保護的技術(shù)使用者：蕪湖天弋能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28