本發(fā)明涉及電池，具體涉及一種負(fù)極活性材料及其制備方法、負(fù)極片和電池。

背景技術(shù)：

1、便攜式電子設(shè)備和電動汽車的快速發(fā)展要求鋰離子電池具有更高的比功率/能量、更長的循環(huán)壽命和具有競爭力的成本。

2、硅(si)的理論比容量高達3579mah·g-1(li15si4)，因此被認(rèn)為是下一代高能量密度鋰離子電池最有前途的陽極材料之一。然而，在鋰化和衰減過程中，si的體積變化較大(>300％)，導(dǎo)致顆粒機械粉碎，顆粒間電接觸喪失，固體-電解質(zhì)界面(sei)不斷形成，從而導(dǎo)致容量快速衰減，電池性能惡化。通過將顆粒尺寸減小到臨界納米尺寸，在解決顆粒粉碎問題上取得了進展。硅納米結(jié)構(gòu)，如納米顆粒、納米線、納米管，以及納米硅/碳雜化物已經(jīng)被開發(fā)作為陽極材料，并且與主體材料相比，已經(jīng)證明了更高的循環(huán)壽命。

3、微米硅不僅具有高的振實密度和還具有更小的比表面積和超低成本等優(yōu)點，除此之外，在提高體積性能與限制界面副反應(yīng)等方面的優(yōu)勢使其一直備受關(guān)注。但微米硅在實際應(yīng)用中嵌鋰膨脹和電極壓實過程中局域應(yīng)力都較為凸顯，導(dǎo)致電極循環(huán)持久性極差，成為產(chǎn)業(yè)化過程中的障礙。且由于合成工藝復(fù)雜，微米級硅或硅/碳材料的制造往往成本高昂，故尚未實現(xiàn)規(guī)?；?。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對上述問題，提供一種負(fù)極活性材料及其制備方法、極片和電池。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、本申請的第一方面提供了一種負(fù)極活性材料，所述的負(fù)極活性材料為在碳化細(xì)菌纖維素cbc的碳纖維網(wǎng)絡(luò)基體中形成三維結(jié)構(gòu)的多孔硅ampsi、cnts及wte2-wo3復(fù)合負(fù)極活性材料。

4、所述的多孔硅ampsi的表面通過無定形碳層與cbc碳纖維形成能為多孔硅的膨脹提供緩沖的三維連接。

5、進一步地，所述的cnts在孔硅ampsi與cbc碳纖維的三維結(jié)構(gòu)中交錯相接形成導(dǎo)電通路。

6、進一步地，所述的多孔硅ampsi的周圍具有作為離子傳輸?shù)幕钚渣c位的wte2-wo3異質(zhì)結(jié)，所述的wte2-wo3異質(zhì)結(jié)均勻嵌入多孔硅ampsi與cbc碳纖維形成的三維結(jié)構(gòu)中。

7、本申請的第二方面提供了負(fù)極活性材料的制備方法，包括以下步驟：

8、將鎂硅合金在氮氣中進行熱氮化；

9、將熱氮化后的鎂硅合金在酸中浸泡以去除其中的mg、n，得到多孔硅ampsi；

10、將多孔硅ampsi用聚多巴胺包覆；

11、對聚多巴胺包覆的多孔硅ampsi進行碳化處理，得到ampsi@c，并將ampsi@c分散在碳化細(xì)菌纖維素cbc中；

12、將含ampsi@c的碳化細(xì)菌纖維素cbc和cnts在溶劑中分散均勻，得到懸濁液；

13、將懸濁液離心分離后干燥、研磨成粉末后，向粉末中摻入wte2-wo3，得到混合粉末；

14、將混合粉末在保護氣氛下經(jīng)熱處理，形成負(fù)極活性材料。

15、為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體限定還包括：

16、所述的多孔硅ampsi用聚多巴胺包覆中，具體為，將多孔硅ampsi與2-氨基-2-羥甲基-1,3-丙二醇分散在水中，加入鹽酸多巴胺，過濾收集，得到聚多巴胺包覆的多孔硅ampsi；所述的碳化處理的反應(yīng)條件為：800-900℃，在保護氛圍并通入氫氣中加熱2-4h。

17、所述的將ampsi@c分散在碳化細(xì)菌纖維素cbc中，其中ampsi@c與碳化細(xì)菌纖維素cbc的質(zhì)量比為3-4：6-8；所述的將含ampsi@c的碳化細(xì)菌纖維素cbc和cnts在溶劑中分散均勻，其中含ampsi@c的碳化細(xì)菌纖維素cbc與cnts的質(zhì)量比為2-3：1-2。

18、所述的將懸濁液離心分離后干燥、研磨成粉末后，向粉末中摻入wte2-wo3，得到混合粉末，其中粉末與wte2-wo3的質(zhì)量比為8-9：1-2；所述的將混合粉末在保護氣氛下經(jīng)熱處理，形成負(fù)極活性材料，其中熱處理的條件為，在保護氛圍中以1100-1300℃反應(yīng)2-3h。

19、本申請的第三方面提供了一種負(fù)極片，所述極片含有本申請第一方面提供的負(fù)極活性材料或本申請第二方面提供的方法制備的負(fù)極活性材料。

20、本申請的第四方面提供了一種電池，所述電池含有本申請第三方面提供的極片。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

22、本發(fā)明公開了一種負(fù)極活性材料，使多孔硅ampsi、cnts及wte2-wo3在碳化細(xì)菌纖維素cbc的碳纖維網(wǎng)絡(luò)基體中形成三維結(jié)構(gòu)。

23、其中多孔硅ampsi的表面通過無定形碳層與cbc碳纖維形成能為多孔硅的膨脹提供緩沖的三維連接；cnts在孔硅ampsi與cbc碳纖維的三維結(jié)構(gòu)中交錯相接形成導(dǎo)電通路；多孔硅ampsi的周圍具有作為離子傳輸?shù)幕钚渣c位的wte2-wo3異質(zhì)結(jié)，wte2-wo3異質(zhì)結(jié)均勻嵌入多孔硅ampsi與cbc碳纖維形成的三維結(jié)構(gòu)中。

24、ampsi@c具有連續(xù)的納米孔，既能實現(xiàn)電解質(zhì)的快速擴散和較高的li+可得性，又能使納米級硅韌帶之間相互連接，防止粉化和開裂，ampsi@c具備優(yōu)越的電化學(xué)性能；cnts具有較好的導(dǎo)電性，復(fù)合材料中cnts在蟻巢式結(jié)構(gòu)表面交錯相接形成完整導(dǎo)電通路，賦予了復(fù)合材料更加優(yōu)異的導(dǎo)電性能。

25、本申請還對ampsi@c與cnts形成的復(fù)合材料進行了改進優(yōu)化，通過在碳化細(xì)菌纖維素cbc的碳纖維網(wǎng)絡(luò)基體強化材料的三維結(jié)構(gòu)，以及通過均勻嵌入多孔硅ampsi與cbc碳纖維形成的三維結(jié)構(gòu)中的wte2-wo3異質(zhì)結(jié)增加離子傳輸?shù)幕钚渣c位。該復(fù)合材料既能夠通過碳化細(xì)菌纖維素cbc強化ampsi@c與cnts的三維結(jié)構(gòu)，滿足為多孔硅的膨脹提供緩沖及多導(dǎo)電通路，與此同時，又能避免在增加了cbc碳纖維以后三維結(jié)構(gòu)的尺寸擴大和復(fù)雜度提高的情況下使離子傳輸緩慢或阻滯，添加wte2-wo3異質(zhì)結(jié)強化了離子傳輸，因此能夠通過它們的互相彌補最終得到了綜合效果更具有優(yōu)勢的負(fù)極活性材料。

26、本申請的負(fù)極活性材料制成的電池具有優(yōu)異的循環(huán)性能，在大量循環(huán)后依然能夠維持高的容量保持率。

技術(shù)特征：

1.一種負(fù)極活性材料，其特征在于：所述的負(fù)極活性材料為在碳化細(xì)菌纖維素cbc的碳纖維網(wǎng)絡(luò)基體中形成三維結(jié)構(gòu)的多孔硅ampsi、cnts及wte2-wo3復(fù)合負(fù)極活性材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極活性材料，其特征在于：所述的多孔硅ampsi的表面通過無定形碳層與cbc碳纖維形成能為多孔硅的膨脹提供緩沖的三維連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的負(fù)極活性材料，其特征在于：所述的cnts在孔硅ampsi與cbc碳纖維的三維結(jié)構(gòu)中交錯相接形成導(dǎo)電通路。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的負(fù)極活性材料，其特征在于：所述的多孔硅ampsi的周圍具有作為離子傳輸?shù)幕钚渣c位的wte2-wo3異質(zhì)結(jié)，所述的wte2-wo3異質(zhì)結(jié)均勻嵌入多孔硅ampsi與cbc碳纖維形成的三維結(jié)構(gòu)中。

5.權(quán)利要求1-4任一項所述的負(fù)極活性材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的負(fù)極活性材料的制備方法，其特征在于：所述的多孔硅ampsi用聚多巴胺包覆中，具體為，將多孔硅ampsi與2-氨基-2-羥甲基-1,3-丙二醇分散在水中，加入鹽酸多巴胺，過濾收集，得到聚多巴胺包覆的多孔硅ampsi；所述的碳化處理的反應(yīng)條件為：800-900℃，在保護氛圍并通入氫氣中加熱2-4h。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的負(fù)極活性材料的制備方法，其特征在于：所述的將ampsi@c分散在碳化細(xì)菌纖維素cbc中，其中ampsi@c與碳化細(xì)菌纖維素cbc的質(zhì)量比為3-4：6-8；所述的將含ampsi@c的碳化細(xì)菌纖維素cbc和cnts在溶劑中分散均勻，其中含ampsi@c的碳化細(xì)菌纖維素cbc與cnts的質(zhì)量比為2-3：1-2。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的負(fù)極活性材料的制備方法，其特征在于：所述的將懸濁液離心分離后干燥、研磨成粉末后，向粉末中摻入wte2-wo3，得到混合粉末，其中粉末與wte2-wo3的質(zhì)量比為8-9：1-2；所述的將混合粉末在保護氣氛下經(jīng)熱處理，形成負(fù)極活性材料，其中熱處理的條件為，在保護氛圍中以1100-1300℃反應(yīng)2-3h。

9.一種負(fù)極片，其特征在于：所述極片含有權(quán)利要求1-4任一項所述的負(fù)極活性材料或權(quán)利要求5-8任一項所述方法制備的負(fù)極活性材料。

10.一種電池，其特征在于：所述電池含有權(quán)利要求9所述的極片。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種負(fù)極活性材料及其制備方法、負(fù)極片和電池，負(fù)極活性材料為在碳化細(xì)菌纖維素CBC的碳纖維網(wǎng)絡(luò)基體中形成三維結(jié)構(gòu)的多孔硅AMPSi、CNTs及WTe<subgt;2</subgt;?WO<subgt;3</subgt;復(fù)合負(fù)極活性材料；多孔硅AMPSi的表面通過無定形碳層與CBC碳纖維形成能為多孔硅的膨脹提供緩沖的三維連接；CNTs在孔硅AMPSi與CBC碳纖維的三維結(jié)構(gòu)中交錯相接形成導(dǎo)電通路；多孔硅AMPSi的周圍具有作為離子傳輸?shù)幕钚渣c位的WTe<subgt;2</subgt;?WO<subgt;3</subgt;異質(zhì)結(jié)，WTe<subgt;2</subgt;?WO<subgt;3</subgt;異質(zhì)結(jié)均勻嵌入多孔硅AMPSi與CBC碳纖維形成的三維結(jié)構(gòu)中。本申請的負(fù)極活性材料制成的電池具有優(yōu)異的循環(huán)性能，在大量循環(huán)后依然能夠維持高的容量保持率。

技術(shù)研發(fā)人員：王子豪,李學(xué)法,張國平
受保護的技術(shù)使用者：江陰納力新材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15