[发明专利]一种锂离子电池硅基负极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种锂离子电池硅基负极材料的制备方法，其特征在于：所述锂离子电池硅基负极材料为核-壳结构的硅-金属合金三层复合材料，核层为硅，中间层为硅与金属X的合金化合物和X的混合物，热解碳为最外层；所述锂离子电池硅基负极材料采用以下步骤制备得到：

步骤A：在金属X的化合物水溶液中加入硅粉，搅拌得到金属X和硅的混合溶液，其中，金属X和硅的摩尔比为n_Si:n_Xⁿ⁺=5~30:1；

步骤B：在金属X和硅的混合溶液加入碱性溶液，金属X产生沉淀，得到X(OH)_n附着在硅粉表面的混合溶液；

步骤C：将所述X(OH)_n附着在硅粉表面的混合溶液加热到60~90℃，搅拌至蒸干得到Si-X(OH)_n固体粉末；

步骤D：将Si-X(OH)_n固体粉末在300~950℃、氮/氢混合气氛中保温1~4 h热还原得到Si@XSi_n/X合金复合材料固体粉末；

步骤E：将Si@XSi_n/X合金复合材料固体粉末加入到有机树脂的无水乙醇溶液中搅拌1~2h进行搅拌混合得到硅基复合材料的混合溶液，温度为40~60℃，其中Si@XSi_n/X合金复合材料固体粉末与有机树脂的摩尔比为1:0.5~2.7；将氨水、乙醇的体积比为V_氨水:V_乙醇=1:3~5的混合溶液加入到所述硅基复合材料的混合溶液中，得到碱性硅基复合材料的混合溶液；其中，所述有机树脂为环氧树脂、酚醛树脂或糠醛树脂中的至少一种；

步骤F：将所述硅基复合材料的混合溶液在40~55℃下搅拌2~4 h，然后将升温到55~70℃继续搅拌至蒸干得到固体粉末；将固体粉末在650-950℃下、氮气气氛下保温1-4 h热解得到具有核-壳结构的固体粉末Si@XSi_n/X/C复合材料；

X为Mg、Ca、Ni、Fe、Cu或Co。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池硅基负极材料的制备方法，其特征在于：X为Ni，所述硅与金属X的合金化合物为NiSi₂。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池硅基负极材料的制备方法，其特征在于：步骤A中，所述硅和镍的摩尔比为n_Si:n_Ni²⁺=10~20:1。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池硅基负极材料的制备方法，其特征在于：步骤D中，所述热还原温度为300~400℃。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池硅基负极材料的制备方法，其特征在于：步骤E中，所述Si@NiSi₂/Ni合金复合材料固体粉末与有机树脂的摩尔比为1:1~2。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池硅基负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤F中，还包括将得到的Si@NiSi₂/Ni/C复合材料在研钵中研磨。

7.根据权利要求1~6任意一项所述的锂离子电池硅基负极材料的制备方法，其特征在于：所述中间层厚度为2-10 nm，碳包覆层厚度为10-30 nm。