[发明专利]一种锂离子电池负极材料的结构及其制备方法

权利要求书

1.一种锂离子电池负极材料的结构，其特征在于所述锂离子电池负极材料的结构为一维线状碳包裹的空石榴结构，外部结构为一维线状碳，内部结构为空石榴结构。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料的结构，其特征在于所述的锂离子电池负极材料的结构中的空石榴结构是由硅颗粒堆积而成的核和碳层构成的壳组成，一维线状碳嵌入在壳上，其中硅颗粒的直径为8～15nm，碳层的厚度为5～100nm。

3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池负极材料的结构，其特征在于所述的硅颗粒堆积而成的核占空石榴结构体积的10%～80%。

4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料的结构，其特征在于所述的锂离子电池负极材料尺寸为微米级或亚微米级。

5.制备如权利要求1所述结构的一种锂离子电池负极材料的方法，其特征在于锂离子电池负极材料的制备方法是按以下步骤进行：

一、将硅氧化物SiOx颗粒、一维线状碳与表面活性剂、PH调节剂、聚合单体加入质量浓度为50%的乙醇水溶液中，超声分散，得到混合溶液A；

二、称取聚合引发剂溶解在水中，得到聚合引发剂溶液，其中聚合引发剂与水的质量体积比为1g：（2～10）mL；

三、在冰水浴和搅拌的条件下，将聚合引发剂溶液加入到混合溶液A中，反应4～10h，然后蒸馏水洗、抽滤4～5次，烘干即制得SiOx@碳前躯体/一维碳；

四、将SiOx@碳前躯体/一维碳在保护性气氛下焙烧，冷却至室温，研磨，得到SiOx@C/一维碳；

五、按摩尔比为（0～1):1称取非氧化性酸与HF，混合后得到混合溶液B；将SiOx@C/一维碳加入质量浓度为50%的乙醇水溶液中分散，再加入混合溶液B，在5℃～60℃的条件下反应2～24h，然后蒸馏水洗、抽滤4～5次，烘干，粉碎、过200目筛，得到锂离子电池负极材料，即完成；

其中步骤一中硅氧化物SiOx颗粒的粒径为0.1um～20um，0<x<2，硅氧化物SiOx颗粒与质量浓度为50%的乙醇水溶液的质量体积比为1g：（25～70）mL；SiOx与聚合单体的质量比为在1：（0.2～2)；一维线状碳直径为5～100nm，长度为0.1um～5um；一维线状碳占锂离子电池负极材料的质量分数为0.1%～5%；聚合单体与聚合引发剂的摩尔比为1:（1～5）；聚合单体为苯胺、吡咯或吡啶；

步骤二中聚合引发剂为(NH₄)₂S₂O₈、FeCl₃、H₂O₂、KIO₃、K₂Cr₂O₇和MnO₂中的一种或几种按任意比组成的混合物；

步骤四中保护性气氛为还原性气体、惰性气体和压力小于0.05MPa的真空气氛中的一种几种按任意比组成的混合物；其中还原性气体为氢气，惰性气体为氩气、氮气、氦气或氖气；

步骤五中非氧化性酸为盐酸、稀硫酸、磷酸和醋酸中的一种或几种按任意比组成的混合物，HF添加量与SiOx@C/一维碳中SiOx的摩尔比为1：（0.5～5）。

6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于所述的步骤一中硅氧化物SiOx颗粒的粒径为0.1um～2um，0.6<x<1.2。

7.根据权利要求5所述的一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于所述的一维线状碳为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米棒和碳纳米线的一种或几种按任意比组成的混合物。

8.根据权利要求5所述的一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于所述的pH调节剂为盐酸、硫酸、磷酸、醋酸、草酸和磺基水杨酸中的一种或几种按任意比组成的混合物，pH调节剂的加入量为使混合溶液A的pH达到0～2即可。

9.根据权利要求5所述的一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于所述的表面活性剂为月桂醇硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、脂肪酸甲酯磺酸钠、聚乙烯醇、聚氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮和丙烯酸共聚物的一种或几种按任意比组成的混合物，表面活性剂在混合溶液A中的终浓度为0.001mol/L～0.05mol/L。

10.根据权利要求5所述的一种锂离电池负极材料的制备方法，其特征在于所述的焙烧是指先在350℃～550℃保温0.5h～2h，再升温到900℃～1300℃保温0.5～8h，其中升温速率为1℃/min～10℃/min。