本发明涉及锂电池负极材料制备，具体涉及一种锂电池用硅碳负极材料及其生产方法。
背景技术：
1、随着新能源产业的快速发展，锂电池由于其环保、自放电率低以及没有记忆效应的特点逐渐受到研究者的关注，随着锂电池的应用范围越来越广泛，传统锂电池以石墨烯作为电池负极材料，其较低理论容量已经很难满足人们对于锂电池的需求，相应的，硅基负极材料应运而生，硅基负极材料的理论比容量高，硅基锂电池具有极高的能量密度，从而能够提供更长时间的续航，但是在电池充放电的过程中，硅负极材料在经历嵌锂时体积膨胀巨大以及脱锂时体积发生收缩，形成较大的应力变化，容易导致负极材料出现粉化，从而引起电池容量的快速衰减，影响锂电池的倍率性能以及循环稳定性，若是负极材料与集流体之间的粘结强度不够，甚至会导致负极材料在锂电池工作时直接脱落，为了避免出现这样的问题，通常在负极材料中加大粘合剂的用量，从而提高粘结面积，增强负极材料与集流体之间的粘结强度，但是粘合剂的用量过大有着堵塞多孔碳材料孔隙的风险，导致多孔碳中沉积的硅材料体积膨胀时孔隙不够，较大的应力变化容易造成多孔碳材料坍塌，带来安全隐患。
2、为了解决这一问题，常用的方法就是将硅与碳材料复合形成硅碳复合材料，通过碳材料对硅进行包覆，限制硅体积变化的强度，从而缓解产生的应力变化，提升锂电池的循环稳定性，比如公开号为cn108598430b的专利公开了一种硅碳负极材料制备方法及多孔碳微球负极材料，通过制备硅碳微球，再经过炭化以及刻蚀处理之后得到多孔硅碳微球负极材料，使其具有多次循环之后还能保持较高的容量保持率；公开号为cn114597377b的专利公开了一种硅碳复合负极材料、负极和锂二次电池，将硅材料表面包覆有硅烷粘结剂，无定形碳和硅烷粘结剂以及导电碳材料键合使得制备出来的负极材料能够保持恒定的孔隙率范围，从而提高电池的能量密度和循环寿命。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种锂电池用硅碳负极材料及其生产方法，解决了以下几点技术问题：(1)锂电池在充放电过程中，硅负极材料体积膨胀易导致负极材料粉化、脱落，从而引起锂电池倍率降低以及容量迅速衰减的问题；(2)锂电池负极材料中粘合剂用量多容易造成多孔碳材料孔堵塞的问题。
2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种锂电池用硅碳负极材料，由导电剂、硅碳复合材料、粘合剂与去离子水混合制成浆料后得到；所述导电剂为炭黑、石墨烯、碳纳米管中的任意一种；所述硅碳复合材料是由改性环糊精凝胶经过炭化后形成多孔碳材料，再经过沉积硅处理后制得；所述粘合剂是由液体丁苯橡胶与丁香酚自由基聚合后制得。
4、进一步地，所述硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
5、s1：将环糊精置去离子水中，升温至50-55℃，充分搅拌1-2h，加入次氮基三乙酸与催化剂，继续搅拌5-8h，静置12-24h后，-55～-45℃下冷冻干燥处理10-15h，得到改性环糊精凝胶；
6、s2：将改性环糊精凝胶与氯化铵充分混合，置于瓷舟中，通入氮气，在管式炉中加热到550-600℃，保温30-50min后冷却至室温，洗涤、干燥、研磨后得到多孔碳材料；
7、s3：使用化学气相沉积法，将多孔碳材料置于管式炉中，通入硅烷和氢气，升温沉硅处理后得到硅碳复合材料。
8、通过上述方案，在催化剂的作用下，环糊精结构中的羟基与次氮基三乙酸结构中的多个羧基发生酯化反应，形成交联网络状结构，经过冷冻干燥处理后得到改性环糊精凝胶，在致孔剂的作用下，改性环糊精凝胶经过炭化处理后形成孔隙均匀且丰富的多孔碳材料，经过化学气相沉积法在多孔碳材料结构中沉积硅，形成硅碳复合材料，该种硅碳复合材料将多孔碳作为基体，能够提供较大的比表面积，从而结合更多的锂离子，提升锂电池比容量，同时能够促进电子在电极材料中的传输，提高电池的倍率性能，在多孔碳上沉积的硅颗粒层可至纳米级尺寸，能够降低硅颗粒的绝对体积，减小体积膨胀带来的颗粒粉化问题，显著提升电池的比容量，同时多孔碳骨架能够限制硅体积膨胀时带来的变化强度，缓解硅体积膨胀带来的应力变化，提升锂电池使用寿命，并且在硅碳复合材料中掺杂有氮元素，可以额外的引入电子，提高材料的电导率，从而增强锂离子的扩散速率，显著提升锂电池的倍率性能、比容量以及循环稳定性。
9、进一步地，步骤s1中，所述催化剂为对甲苯磺酸。
10、进一步地，步骤s2中，所述管式炉中加热的速率为10-15℃/min。
11、进一步地，步骤s3中，所述升温沉硅处理为升温至600-650℃，处理15-25min。
12、进一步地，所述粘合剂的制备方法为：
13、将液体丁苯橡胶置于转矩流变仪中，设置温度为130-145℃，速率为80-90r/min，加入丁香酚、苯乙烯与引发剂，塑炼5-8min后出料，加入甲苯溶解后，旋转蒸发除去溶剂得到粘合剂。
14、通过上述技术方案，在引发剂的作用下，液体丁苯橡胶结构中的不饱和双键与丁香酚结构中的不饱和双键发生自由基聚合反应，得到粘合剂，液体丁苯橡胶具有一定的粘结性能，与丁香酚聚合后，其分子链中引入大量的酚羟基，能够显著增强其粘结强度，在作为锂电池负极材料中的粘合剂使用时，只需要少量就可以将硅碳复合材料、导电剂与负极集流体之间紧密结合，减少粘合剂的用量不降低粘结强度，能够防止出现粘合剂加入过多对多孔碳材料孔隙造成的堵塞现象，从而过度限制硅材料体积膨胀所需要的空间，导致硅材料体积膨胀时产生的应力变化直接作用到多孔碳骨架上，缓冲空间过少，极有可能造成多孔碳骨架坍塌，影响到锂电池的循环稳定性，还具有极大的安全隐患，影响到锂电池的使用寿命。
15、进一步地，所述引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯中的任意一种。
16、一种锂电池用硅碳负极材料的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：
17、将硅碳复合材料、导电剂、粘合剂与去离子水混合制成浆液，得到锂电池用硅碳负极材料。
18、进一步地，所述硅碳复合材料、导电剂、粘合剂的质量比为7-8∶1-1.5∶0.3-0.5。
19、本发明的有益效果：
20、本发明通过制备硅碳复合材料以及粘合剂加入到锂电池用硅碳负极材料的生产进程中，能够在锂电池充放电过程中，限制硅颗粒层体积膨胀产生的应力变化，提升锂电池的倍率性能与循环稳定性，同时能够在不降低硅碳复合材料、导电剂与负极集流体之间的粘结强度的情况下，减少粘合剂的用量，防止出现由于粘合剂过多对硅碳复合材料中的孔隙造成堵塞的现象，能够使硅碳复合材料中具有更多的孔隙，更好的缓解硅材料体积膨胀带来的应力变化，提升锂电池的安全性以及使用寿命。
21、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
1.一种锂电池用硅碳负极材料，其特征在于，由导电剂、硅碳复合材料、粘合剂与去离子水混合制成浆料后得到；所述导电剂为炭黑、石墨烯、碳纳米管中的任意一种；所述硅碳复合材料是由改性环糊精凝胶经过炭化后形成多孔碳材料，再经过沉积硅处理后制得；所述粘合剂是由液体丁苯橡胶与丁香酚自由基聚合后制得。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池用硅碳负极材料，其特征在于，所述硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种锂电池用硅碳负极材料，其特征在于，步骤s1中，所述催化剂为对甲苯磺酸。
4.根据权利要求2所述的一种锂电池用硅碳负极材料，其特征在于，步骤s2中，所述管式炉中加热的速率为10-15℃/min。
5.根据权利要求2所述的一种锂电池用硅碳负极材料，其特征在于，步骤s3中，所述升温沉硅处理为升温至600-650℃，处理15-25min。
6.根据权利要求1所述的一种锂电池用硅碳负极材料，其特征在于，所述粘合剂的制备方法为：
7.根据权利要求6所述的一种锂电池用硅碳负极材料，其特征在于，所述引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯中的任意一种。
8.一种如权利要求1所述的锂电池用硅碳负极材料的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种锂电池用硅碳负极的生产方法，其特征在于，所述硅碳复合材料、导电剂、粘合剂的质量比为7-8：1-1.5：0.3-0.5。
