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CN114373919B - 一种多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料及其制备方法和应用 Download PDF

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CN114373919B CN202210072392.7A CN202210072392A CN114373919B CN 114373919 B CN114373919 B CN 114373919B CN 202210072392 A CN202210072392 A CN 202210072392A CN 114373919 B CN114373919 B CN 114373919B
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Abstract

本发明公开了一种多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料及其制备方法和应用。该方法通过聚合单体和对苯二甲酰胺在纳米硅的分散液中高温缩聚，在纳米硅球表面形成一层均匀的聚酰亚胺包覆层，聚酰亚胺作为一种具有电化学嵌锂活性的包覆材料可以抑制硅颗粒在充放电过程中的巨大体积变化并保证稳定SEI界面的形成，同时其本身也是一种强效粘结剂，可以在电极材料颗粒之间以及电极材料和集流体之间建立稳定、牢固的联接。聚酰亚胺以包覆材料的形式引入，可以实现均匀稳定的电极结构。本发明工艺简单、成本低廉、综合性能优异，在锂离子电池中有广阔的前景。

Description

一种多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料及其制备方法和应用。
背景技术
硅由于较高的理论比容量(4200mAh/g)，较低的充放电平台和在自然界中丰富的储量，被广泛认为是最具有潜力的锂离子电池负极材料。但是，硅负极在实际应用时具有一个不可避免的的问题。由于硅负极在充放电过程中会产生巨大的体积膨胀，导致硅负极容量衰减较快，具有很差的循环稳定性和倍率性能。聚酰亚胺是一种常见的工程塑料，依靠优异的热稳定性、较低的介电常数以及优良的力学和机械性能，已经广泛应用于许多先进的技术领域。它是一类含有功能性酰亚胺基的高分子，与其他高性能聚合物的区别在于依靠前驱体聚酰胺酸(PAA)的溶解性，可以制备成均匀的薄膜并定量转化为聚酰亚胺(PI)有前景的绿色和可再生的化石燃料替代品。最常见的PI是芳香族聚酰亚胺，其具有优越的力学性能、耐低温性能、耐电子辐射性、介电性能、绿色环保、热稳定性、机械性能(如低蠕变和高强度)、耐化学性和较高的热膨胀系数。芳香族PI的大分子骨架中含有刚性分子结构，因为其一系列优良的物理性能，现已被广泛地应用于电路电子、航空航天和汽车等行业。可以通过适当且有效地设计胺类和酰亚胺，以获得最佳的分子结构，从而将聚酰亚胺应用到各个领域。目前聚酰亚胺在锂离子电池中单独用作活性材料或者粘结剂的研究已经有过报道，但是针对多功能聚酰亚胺的研究几乎没有，这种多功能聚酰亚胺的研究将为锂离子电池硅负极应用和研究提供新的思路。
发明内容
针对现有技术不足，本发明的目的在于提出一种多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料及其制备方法和应用。多功能聚酰亚胺在锂离子电池硅负极制备过程中可同时作为粘结剂、包覆材料和活性材料，免去了二次粘结剂的添加。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将纳米硅分散于有机溶液中，得到分散均匀的纳米硅分散液；
(2)将等摩尔比的聚合单体和对苯二甲酰胺(TA)加入到步骤(1)所述的纳米硅分散液中，得到反应物，所述聚合单体为均苯四甲酸二酐(PMDA)、3，4，9，10-苝四羧酸二酐(PTCDA)和1,4,5,8-萘四甲酸酐(NDA)中的至少一种；油浴加热反应物进行聚合反应，将聚合反应后的反应液进行真空干燥并研磨，然后在保护气体气氛下煅烧并再次研磨，即制备得到所述多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料。
优选的，步骤(1)所述纳米硅的颗粒尺寸为30～60nm。
优选的，步骤(1)所述纳米硅分散液的浓度为3.3～10mg/mL。
优选的，步骤(1)所述有机溶液为N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。
优选的，步骤(2)所述聚合反应的温度为120～200℃，更优选为180℃。
优选的，步骤(2)所述聚合反应的时间为6～12h，更优选的为10h。
优选的，步骤(2)所述真空干燥的方式为：在100～200℃下真空干燥6～12h，更优选的为在140℃下真空干燥8h。
优选的，步骤(2)所述真空干燥并研磨的时间为0.5h；所述在保护气体气氛下煅烧并再次研磨的时间为0.5h。
优选的，步骤(2)所述保护气体气氛为惰性气体或氮气。
优选的，步骤(2)所述煅烧的方式为：以5～20℃/min升温速率升温至300～350℃并保温6～12h；更优选的为：以5℃/min升温速率升温至300℃并保温8h。
上述一种多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料的制备方法制备得到的多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料。
上述多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料在制备锂离子电池负极材料中的应用。
本发明从以下三个途径来实现既保证硅负极良好的循环稳定性，又避免二次粘结剂使用的目的。一是通过在纳米硅表面包覆一层均匀的聚酰亚胺涂层，避免纳米硅与电解液的直接接触，形成稳定的SEI膜。此外，这种多功能聚酰亚胺具有良好的机械性能，可以承受硅在充放电过程中巨大的体积膨胀从而提升硅负极的循环稳定性。二是这种多功能聚酰亚胺本身也具有用作锂离子电池的潜力，其理论比容量达到1704mAh/g。所以，多功能聚酰亚胺本身良好的电化学性能也能使其在复合负极材料中充当活性材料的角色。三是在这种多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料的制备过程中，由于这种多功能聚酰亚胺自身良好的粘结性能，在后期电极片制备过程中无需二次粘结剂的添加，这不仅节省了成本，也简化了电极片制备工艺。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
(1)本发明优势在于与纳米硅表面形成的稳定的多功能聚酰亚胺包覆层具有良好的机械性能和电导率，不仅可以抵抗硅负极在充放电过程中产生的巨大的体积膨胀，还具有良好的电子电导率，可以提升硅负极的倍率性能。更为重要的是，多功能聚酰亚胺自身良好的粘结性能可以免去后期电极片制备过程中二次粘结剂的添加，不仅降低了电极制备成本，而且简化了电极制备工艺。除此之外，这种多功能聚酰亚胺还有助于在硅负极表面形成稳定的SEI膜，提升硅负极的循环稳定性。我们结合了这种多功能聚酰亚胺的多种功能，制备的多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极具备循环稳定性好，倍率性能突出，制备成本低，制备工艺简单等众多优势。
(2)本发明制备的多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极，由于多功能聚酰亚胺在纳米硅表面形成的稳定包覆层和多功能聚酰亚胺自身良好的机械稳定性和粘结性能，因而大大提高了硅负极在充放电过程中的循环稳定性，同时由于多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极在电极制备过程中免去了二次粘结剂的添加，这可以简化电极制备工艺，节约成本。
附图说明
图1为实施例1制备的多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料的红外光谱图。
图2为实施例4所制备的多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料作为锂离子电池负极时循环性能图。
图3为实施例2中所制备的多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料的SEM图。
图4为对比例1中所制备的多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料的SEM图。
图5为实施例1制备的多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料、PVDF/纳米硅和CMC/SBR/纳米硅的应力-应变图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料的制备方法，步骤如下：
(1)100mg的纳米硅和30ml的N-甲基吡咯烷酮在圆底烧瓶中超声2h，然后搅拌2h，反应温度为室温，使得纳米硅在溶剂中均匀分散；
(2)将烘干处理的3mmol PMDA和3mmol TA加入到步骤(1)中所得的分散液中，室温搅拌2小时；
(3)将步骤(2)中所得的反应液转移至油浴锅中高温反应10小时，反应温度为180℃；
(4)将步骤(3)中反应后所得的混合液转移至蒸发皿中，然后放入真空干燥箱真空干燥8小时，干燥温度为140℃；
(5)将步骤(4)所得的固体在研钵中研磨0.5小时，然后在氮气氛围下，管式炉升温速率为5℃/min，升温至300℃烧结8小时；
(6)将步骤(5)中所得固体颗粒再次研磨0.5小时，即得所述的多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料。
实施例2
一种多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料的制备方法，步骤如下：
(1)200mg的纳米硅和30ml的二甲基亚砜在圆底烧瓶中超声2h，然后搅拌2h，反应温度为室温，使得纳米硅在溶剂中均匀分散；
(2)将烘干处理的3mmol PMDA和3mmol TA加入到步骤(1)中所得的分散液中，室温搅拌2小时；
(3)将步骤(2)中所得的反应液转移至油浴锅中高温反应6小时，反应温度为120℃；
(4)将步骤(3)中反应后所得的混合液转移至蒸发皿中，然后放入真空干燥箱真空干燥6小时，干燥温度为100℃；
(5)将步骤(4)所得的固体在研钵中研磨0.5小时，然后在氮气氛围下，管式炉升温速率为10℃/min，升温至350℃烧结6小时；
(6)将步骤(5)中所得固体颗粒再次研磨0.5小时，即得所述的多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料。
实施例3
一种多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料的制备方法，步骤如下：
(1)300mg的纳米硅和30ml的N-甲基吡咯烷酮在圆底烧瓶中超声2h，然后搅拌2h，反应温度为室温，使得纳米硅在溶剂中均匀分散；
(2)将烘干处理的3mmol PMDA和3mmol TA加入到步骤(1)中所得的分散液中，室温搅拌2小时；
(3)将步骤(2)中所得的反应液转移至油浴锅中高温反应8小时，反应温度为140℃；
(4)将步骤(3)中反应后所得的混合液转移至蒸发皿中，然后放入真空干燥箱真空干燥10小时，干燥温度为120℃；
(5)将步骤(4)所得的固体在研钵中研磨0.5小时，然后在氮气氛围下，管式炉升温速率为15℃/min，升温至350℃烧结10小时；
(6)将步骤(5)中所得固体颗粒再次研磨0.5小时，即得所述的多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料。
实施例4
(1)300mg的纳米硅和30ml的N-甲基吡咯烷酮在圆底烧瓶中超声2h，然后搅拌2h，反应温度为室温，使得纳米硅在溶剂中均匀分散；
(2)将烘干处理的3mmol均苯四甲酸酐和3mmol对苯二甲酰胺加入到步骤(1)中所得的分散液中，室温搅拌2小时；
(3)将步骤(2)中所得的反应液转移至油浴锅中高温反应12小时，反应温度为200℃；
(4)将步骤(3)中反应后所得的混合液转移至蒸发皿中，然后放入真空干燥箱真空干燥10小时，干燥温度为140℃；
(5)将步骤(4)所得的固体在研钵中研磨0.5小时，然后在氮气氛围下，管式炉升温速率为10℃/min，升温至350℃烧结12小时；
(6)将步骤(5)中所得固体颗粒再次研磨0.5小时，即得所述的多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料。
对比例1
(1)500mg的纳米硅和30ml的N,N-二甲基甲酰胺在圆底烧瓶中超声2h，然后搅拌2h，反应温度为室温，使得纳米硅在溶剂中均匀分散；
(2)将烘干处理的3mmol均苯四甲酸酐和3mmol对苯二甲酰胺加入到步骤(1)中所得的分散液中，室温搅拌2小时；
(3)将步骤(2)中所得的反应液转移至油浴锅中高温反应10小时，反应温度为160℃；
(4)将步骤(3)中反应后所得的混合液转移至蒸发皿中，然后放入真空干燥箱真空干燥8小时，干燥温度为160℃；
(5)将步骤(4)所得的固体在研钵中研磨0.5小时，然后在氮气氛围下，管式炉升温速率为20℃/min，升温至450℃烧结12小时；
(6)将步骤(5)中所得固体颗粒再次研磨0.5小时，即得所述的多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料。
图1为实施例1制备的多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料的红外光谱图，从图1可以看出聚酰亚胺单独合成和聚酰亚胺/硅复合材料合成时，酰胺基官能团稳定存在，表明多功能聚酰亚胺在硅表面的成功合成。
聚酰亚胺单独合成的方法为：将烘干处理的3mmol PMDA和3mmol TA加入到30ml的N,N-二甲基甲酰胺中，室温搅拌2小时得到反应液，将反应液转移至油浴锅中高温反应10小时，反应温度为180℃。
图2为实施例4所制备的多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料作为锂离子电池负极时循环性能图；由图2可以看出：本发明制备的多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料具有良好的电化学性能，表明多功能聚酰亚胺在硅负极中的多功能作用得到了体现。
锂离子电池的制备步骤如下：
(1)称取步骤(6)所制得的多功能聚酰亚胺/硅复合负极材料70毫克，导电炭黑30毫克，用研钵研磨1小时：
(2)将步骤(1)中研磨后的粉末样品加入小烧杯中并加入450微升N-甲基吡咯烷酮，将混合浆料搅拌12小时；
(3)将步骤(2)中制得的浆料进行涂覆，涂覆材料为铜箔，厚度为90微米；
(4)将步骤(3)中涂覆完成的电极片放入真空干燥箱干燥12小时，干燥温度为70℃；
(5)将步骤(4)烘干的电极片利用压孔机压为直径1厘米的圆形电极片；
(6)将步骤(5)中制得的电极片装成CR2016电池，正极材料为锂片，电解液为1molLiPF6溶解在体积比为1：1：1的EC/DMC/EMC种形成的电解液，隔膜为Celgard 2500。
测试条件：将装配完成的电池静置6小时，然后进行测试。测试电压：0～3V，测试电流：0.1A～5A。
图3为实施例2中所制备的多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料的SEM图；从图3可以看出：纳米硅颗粒表面被多功能聚酰亚胺均匀的包覆并且粘结在一起，没有出现团聚现象，这种稳定的包覆结构有利于提升硅负极在充放电过程中的循环稳定性。
图4为对比例1中所制备的多功能聚酰亚胺/纳米硅的SEM图；图4表明硅含量和烧结温速过高时，会造成多功能聚酰亚胺在纳米硅表面出现不均匀的包覆。
图5为实施例1制备的多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料、PVDF/纳米硅和CMC/SBR/纳米硅的应力-应变图；其中，MF-PI对应实施例1。图5表明相比于传统粘结剂PVDF和硅负极常用粘结剂CMC/SBR，多功能聚酰亚胺具有相对适中的粘结性能。
PVDF/纳米硅的制备方法：
(1)称取10毫克PVDF粉末于小烧杯中，加入450微升N-甲基吡咯烷酮，搅拌0.5小时；
(2)称取纳米硅粉70毫克，导电炭黑20毫克，用研钵研磨1小时：
(3)将步骤(2)中研磨后的粉末样品加入溶解有PVDF的小烧杯中，然后将混合浆料搅拌12小时；
(4)将步骤(3)中制得的浆料进行涂覆，涂覆材料为铜箔，厚度为90微米；
(5)将步骤(4)中涂覆完成的电极片放入真空干燥箱干燥12小时，干燥温度为70℃；
(6)将步骤(5)中烘干的电极片裁剪为长10厘米，宽1厘米的长条状，然后用拉伸机进行粘结性能测试。
CMC/SBR/纳米硅的制备方法：
(1)称取10毫克CMC(羧甲基纤维素)粉末于小烧杯中，加入20毫克SBR(丁苯橡胶)搅拌0.5小时；
(2)称取纳米硅粉70毫克，导电炭黑20毫克，用研钵研磨1小时：
(3)将步骤(2)中研磨后的粉末样品加入溶解有CMC/SBR的小烧杯中，然后将混合浆料搅拌12小时；
(4)将步骤(3)中制得的浆料进行涂覆，涂覆材料为铜箔，厚度为90微米；
(5)将步骤(4)中涂覆完成的电极片放入真空干燥箱干燥12小时，干燥温度为70℃；
(6)将步骤(5)中烘干的电极片裁剪为长10厘米，宽1厘米的长条状，然后用拉伸机进行粘结性能测试。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将纳米硅分散于有机溶液中，得到分散均匀的纳米硅分散液；
（2）将等摩尔比的聚合单体和对苯二甲酰胺加入到步骤（1）所述的纳米硅分散液中，得到反应物，所述聚合单体为均苯四甲酸二酐、3，4，9，10-苝四羧酸二酐和1,4,5,8-萘四甲酸酐中的至少一种；油浴加热反应物进行聚合反应，将聚合反应后的反应液进行真空干燥并研磨，然后在保护气体气氛下煅烧并再次研磨，即制备得到所述多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料，所述多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料由纳米硅表面包覆一层均匀的聚酰亚胺涂层而制得；
步骤（1）所述纳米硅的颗粒尺寸为30~60nm；步骤（1）所述纳米硅分散液的浓度为3.3~10mg/mL；
步骤（2）所述聚合反应的温度为180℃；步骤（2）所述聚合反应的时间为10h；
步骤（2）所述真空干燥的方式为：在100~200℃下真空干燥6~12h；步骤（2）所述煅烧的方式为：以5~20℃/min升温速率升温至300~350℃并保温6~12h。
2.根据权利要求1所述一种多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述真空干燥的方式为：在140℃下真空干燥8h；步骤（2）所述煅烧的方式为：以5℃/min升温速率升温至300℃并保温8h。
3.根据权利要求1所述一种多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述真空干燥并研磨的时间为0.5h；所述在保护气体气氛下煅烧并再次研磨的时间为0.5h。
4.根据权利要求1所述一种多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述有机溶液为N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种；步骤（2）所述保护气体气氛为惰性气体或氮气。
5.权利要求1~4任一项所述一种多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料的制备方法制备得到的多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料。
6.权利要求5所述多功能聚酰亚胺/纳米硅复合负极材料在制备锂离子电池负极材料中的应用。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111584867A (zh) * 2020-05-15 2020-08-25 宁波锋成纳米科技有限公司 一种电极及其制备方法与应用
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CN111446448A (zh) * 2020-03-09 2020-07-24 武汉理工大学 一种基于共轭羰基的聚酰亚胺/石墨烯复合锂离子电池负极材料的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111584867A (zh) * 2020-05-15 2020-08-25 宁波锋成纳米科技有限公司 一种电极及其制备方法与应用
CN112520719A (zh) * 2020-11-16 2021-03-19 阜阳申邦新材料技术有限公司 一种聚酰亚胺改性碳硅负极材料及其制备方法

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