[发明专利]一种硅基复合负极片及其制备方法和锂离子二次电池

权利要求书

1.一种硅基复合负极片，其特征在于，包括集流体、以及设置于所述集流体上的一维硅基壳核复合结构阵列，其中，一维硅基壳核复合结构以原位生长于所述集流体上的核负极材料为核、以包覆于所述核负极材料外表面的硅基材料为壳，所述核负极材料为碳纳米管、碳纳米纤维、多孔碳、石墨烯、嵌锂金属及合金、钛酸锂、过渡金属氧化物、双金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物和金属磷化物中的一种或几种，所述核负极材料呈一维垂直阵列结构排列在所述集流体上。

2.如权利要求1所述的硅基复合负极片，其特征在于，所述硅基材料为硅单质、碳化硅及其复合物、硅氧化物及其复合物、硅碳复合物、杂原子掺杂硅及其复合物、硅合金中的一种或几种。

3.如权利要求1或2所述的硅基复合负极片，其特征在于，所述硅基材料为无定型态薄膜或粒径为1nm-2μm的晶体颗粒。

4.如权利要求1-3任一项所述的硅基复合负极片，其特征在于，所述硅基材料形成的壳的厚度为1nm-10μm。

5.如权利要求1-4任一项所述的硅基复合负极片，其特征在于，所述核负极材料呈线状、棒状、纤维状、针状、管状或锥状生长于所述集流体上。

6.如权利要求1-5任一项所述的硅基复合负极片，其特征在于，所述核负极材料的横向直径为10nm-5μm。

7.如权利要求1-6任一项所述的硅基复合负极片，其特征在于，所述核负极材料形成的阵列高度为500nm-20μm。

8.如权利要求1-7任一项所述的硅基复合负极片，其特征在于，所述一维硅基壳核复合结构中，所述核负极材料与所述硅基材料的质量比为1:2-100。

9.如权利要求1-8任一项所述的硅基复合负极片，其特征在于，所述一维硅基壳核复合结构的壳表面进一步设置有碳包覆层。

10.如权利要求1-9任一项所述的硅基复合负极片，其特征在于，所述碳包覆层由无定型炭、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、掺杂碳、石墨鳞片、介孔碳中的一种或几种材料复合而成。

11.如权利要求1-10任一项所述的硅基复合负极片，其特征在于，所述碳包覆层的厚度为1nm-1μm。

12.如权利要求1所述的硅基复合负极片，其特征在于，所述集流体为碳纤维布、碳纤维纸、石墨烯海绵、石墨烯泡沫、石墨烯纸、碳纳米管膜、石墨烯基复合膜、金属纳米网、金属纤维布、金属箔、金属泡沫、金属片、合金片和硅片中的一种。

13.一种硅基复合负极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

以集流体为基底，通过化学沉积方式在所述集流体表面原位沉积生长核负极材料，所述核负极材料呈一维垂直阵列结构排列在所述集流体上；所述核负极材料为碳纳米管、碳纳米纤维、多孔碳、石墨烯、嵌锂金属及合金、钛酸锂、过渡金属氧化物、双金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物和金属磷化物中的一种或几种；

再通过物理或化学包覆方式在所述核负极材料外表面包覆硅基材料，得到以核负极材料为核、以硅基材料为壳的一维硅基壳核复合结构阵列，即得到硅基复合负极片。

14.如权利要求13所述的硅基复合负极片的制备方法，其特征在于，所述化学沉积方式包括液相沉积法、气相沉积法和电化学沉积法中的一种或几种。

15.如权利要求13或14所述的硅基复合负极片的制备方法，其特征在于，所述物理或化学包覆方式包括液相法、气相法、固相法、磁控溅射法、激光脉冲沉积法、电化学沉积法、化学刻蚀法和电子束蒸发法中的一种或几种。

16.如权利要求13-15任一项所述的硅基复合负极片的制备方法，其特征在于，进一步包括在所述硅基材料壳表面进行碳包覆，得到碳包覆层。

17.一种锂离子二次电池，其特征在于，所述锂离子二次电池包含如权利要求1-12任一项所述的硅基复合负极片。