本发明涉及锂电池领域，具体涉及一种高负载三维结构硅基负极及其应用。
背景技术：
1、随着便携式电子设备和电动汽车等储能设备的需求急剧增加，急需寻求高能量密度的负极材料推动锂离子电池的发展。硅是最有前景的候选者之一，因为它具有超高的理论容量(～3600mah g-1)，同时硅也是地球上较丰富的元素。但硅作为半导体，电子传输能力差，且硅在充放电过程中体积膨胀可达300％，在液态体系下会出现硅颗粒粉碎、sei层重复生长等问题，严重阻碍了其实际应用。目前常用的方法是将硅负极匹配固态电解质，从而在缓解体积膨胀的同时，避免sei层重复生长的问题。但固态体系下电解质与硅负极接触平面为二维接触，离子传输能力有限，导致活性物质负载量进一步降低，严重影响了电池的能量密度。目前研究人员通过koh造孔碳材料制备多孔材料负载硅负极，从而实现对硅颗粒的高负载，例如cn117163943a公开了一种以酚醛树脂、甲醛、氢氧化钾等为主要原料，通过溶胶凝胶、破碎、干燥、分级、碳活化、除杂、研磨等步骤，制备碳气凝胶材料，用于硅碳负极的碳基材料。但是，氢氧化钾造孔不均匀，导致硅颗粒负载不均，从而进一步导致局部电流大，影响循环性能。
2、基于硅基负极电子/离子传输能力差导致活性物质负载量低这一问题，本发明目的在于制备一种高负载三维均匀多孔结构硅基负极。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本发明直接采用均匀多孔材料负载硅颗粒，并在高负载的均匀多孔材料上涂覆锂盐聚合物浆料，聚合物浆料渗入孔隙后原位聚合形成三维结构硅基负极，从而表现出优异的放电能力和避免活性物质在集流体上脱落，提高电池的循环性能和倍率性能。
2、本发明提供了一种高负载三维结构硅基负极的制备方法，包括如下步骤：
3、s1、将硅基活性材料与导电炭、粘结剂溶于水中，搅拌均匀得到混合负极浆料；
4、s2、将三维均匀多孔结构材料去除表面浮沉杂质，然后置于所述混合负极浆料中反复浸泡，高温干燥后得到高负载的硅基负极；
5、s3、在非聚合条件下，均匀混合得到锂盐聚合物浆料，所述锂盐聚合物浆料包括锂盐、聚合物单体和引发剂；
6、s4、将步骤s3所述锂盐聚合物浆料滴加在步骤s2所述高负载的硅基负极表面，并充分渗透，在引发剂作用下实现原位聚合，得到高负载三维结构硅基负极。
7、在一些实施方案中，步骤s1中，所述硅基活性材料选自硅材料、硅碳材料、硅氧材料的一种或几种；所述导电炭选自乙炔黑、super p、碳纳米管的一种或几种；所述粘结剂选自paa、pvdf、海藻酸钠、cmc、sbr的一种或几种。
8、在一些实施方案中，步骤s1中，所述混合负极浆料含有60-90wt％的硅，5-20wt％的导电炭，和5-20wt％的粘结剂。
9、在一些实施方案中，步骤s2中，所述三维均匀多孔结构材料为泡沫镍、碳纤维毡、碳布或三聚氰胺泡沫；所述干燥为真空干燥或鼓风干燥，干燥温度为80-120℃。
10、在一些实施方案中，步骤s3中，所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂的一种或几种；所述聚合物单体为1,3-二氧戊环、乙二醇甲醚丙烯酸酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯酯、四甘醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的一种或几种；所述引发剂为六氟磷酸锂、偶氮二异丁腈、三氟甲磺酸铝、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮的一种或几种。
11、在一些实施方案中，步骤s3中，所述锂盐与聚合物单体的质量比为1：1～5：1，引发剂质量聚为聚合物单体质量的1％-3％。
12、在一些实施方案中，步骤s4中，所述锂盐聚合物浆料滴加量为20-80微升，所述聚合方式为热聚合，和/或紫外光聚合。
13、本发明还提供了本文任一实施方案所述的制备方法制备得到的高负载三维结构硅基负极。
14、本发明还提供了所述高负载三维结构硅基负极用于制备锂电池的应用。
15、本发明还提供了一种锂电池，包括所述的高负载三维结构硅基负极。
16、与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
17、1、与传统不均匀多孔材料相比，本发明直接采用均匀多孔材料负载硅颗粒，方法简单，活性载量高且可以保证电极结构的稳定性，均匀局部电流密度并稳定电子传输路径。
18、2、在高负载的均匀多孔材料上涂覆锂盐聚合物浆料，聚合物浆料均匀的渗透到电极孔隙后原位聚合生成三维离子传输通道，增大电解质与硅之间的接触面积，从而构建高效的电子/离子的硅基负极，电池有着优异的循环性能和倍率性能。
19、3、通过原位聚合，还可以避免活性物质在集流体上脱落和sei层重复生长的问题。
1.一种高负载三维结构硅基负极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述硅基活性材料选自硅材料、硅碳材料、硅氧材料的一种或几种；所述导电炭选自乙炔黑、super p、碳纳米管的一种或几种；所述粘结剂选自paa、pvdf、海藻酸钠、cmc、sbr的一种或几种。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，混合负极浆料含有60-90wt％的硅，5-20wt％的导电炭，和5-20wt％的粘结剂。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述三维均匀多孔结构材料为泡沫镍、碳纤维毡、碳布或三聚氰胺泡沫；所述干燥为真空干燥或鼓风干燥，干燥温度为80-120℃。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂的一种或几种；所述聚合物单体为1,3-二氧戊环、乙二醇甲醚丙烯酸酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯酯、四甘醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的一种或几种；所述引发剂为六氟磷酸锂、偶氮二异丁腈、三氟甲磺酸铝、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮的一种或几种。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述锂盐与聚合物单体的质量比为1：1～5：1，引发剂质量聚为聚合物单体质量的1％-3％。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述锂盐聚合物浆料滴加量为20-80微升，所述聚合方式为热聚合，和/或紫外光聚合。
8.权利要求1-7任一所述的制备方法制备得到的高负载三维结构硅基负极。
9.权利要求8所述的高负载三维结构硅基负极用于制备锂电池的应用。
10.一种锂电池，其特征在于，包括权利要求8所述的高负载三维结构硅基负极。
