[发明专利]一种硅基锂离子电池负极活性材料及其制备和应用

权利要求书

1.一种硅基锂离子电池负极活性材料的制备方法，其特征在于：所述硅基锂离子电池负极活性材料包括多孔还原氧化石墨，及附着于多孔还原氧化石墨孔隙中的包覆了导电聚合物的多孔硅材料；所述多孔还原氧化石墨的孔径为50 nm~2 μm；所述导电聚合物包覆层的厚度为50 nm~200 nm；所述多孔硅的孔径为100 nm~300 nm；

所述硅基锂离子电池负极活性材料的制备方法包括以下步骤，

（1）多孔硅材料的制备：以介孔硅基分子筛为原料，采用镁还原法制备多孔硅；

（2）导电聚合物包覆的多孔硅材料的制备：于乙醇水溶液中加入步骤(1)所制备的多孔硅及表面活性剂，混合均匀后加入苯胺、吡咯、噻吩中的一种或两种以上的稀盐酸溶液，将所得混合溶液置于-4至4摄氏度的冰水浴条件下加入过硫酸铵的水溶液进行聚合反应，反应结束后洗涤、干燥得导电聚合物包覆的多孔硅；

（3）硅基锂离子电池负极材料的制备：于去离子水中加入步骤(2)所得导电聚合物包覆的多孔硅与多孔还原氧化石墨，超声分散后过滤得硅基锂离子电池负极材料；

步骤(1)所述镁还原法制备多孔硅具体为将摩尔比为1:1~2:1的介孔硅基分子筛与镁粉混合研磨后于体积比5-10：95-90氢气与氩气，或氢气与氮气，或氢气与氮气和氩气混合气形成的混合气氛中、650~750°C下焙烧后冷却到室温；采用酸溶液对所得焙烧产物进行处理，洗涤、干燥得多孔硅。

2.如权利要求1所述的一种硅基锂离子电池负极活性材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，采用镁还原法制备多孔硅时，酸溶液处理过程为先采用浓度为1~2 mol/L的稀盐酸对焙烧产物进行处理，采用浓度为5~10 wt.%的氢氟酸进行刻蚀处理；所述干燥温度为60~100℃；所述焙烧时间为5~7小时。

3.如权利要求1所述的一种硅基锂离子电池负极活性材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述乙醇水溶液中乙醇的体积浓度为5~10%；多孔硅与表面活性剂的质量比为1:1~2:1；多孔硅于乙醇水溶液中的终质量浓度1~10 mg/mL；所述苯胺的盐酸溶液中苯胺的质量含量为5~10 mg/mL，盐酸的浓度为0.5~2 mol/L；所述过硫酸铵的水溶液中过硫酸铵的质量含量为5~10 mg/mL；所述过硫酸铵的质量与所述混合溶液中苯胺的质量比为1:1~3:1；聚合反应反应时间为5~10 h，干燥处理的条件为60-80℃下真空干燥12~24 h；

所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基二甲基苄基溴化铵中的一种。

4.如权利要求1所述的一种硅基锂离子电池负极活性材料的制备方法，其特征在于：所述多孔还原氧化石墨合成：先用Hummer法合成氧化石墨，再将其稀释到浓度为0.5~1.5 mg/mL，超声分散1 h以上，然后冷冻干燥2~4天，得到多孔氧化石墨；接着，在1000~1200℃下H₂气氛中还原1 h以上，得到多孔还原氧化石墨。