[发明专利]棉絮状单质硅纳米线团/碳复合负极材料及制备方法和用途

权利要求书

1.一种棉絮状单质硅纳米线团的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将纯度为98％-99.9999％的高纯硅放入蒸汽反应炉内的反应器内，在真空密闭环境条件下，用反应器内的等离子体喷枪加热高纯硅成气态高纯硅，气态高纯硅通过管道进入生长控制器内生长成控制尺寸的棉絮状单质硅纳米线团，棉絮状单质硅纳米线团与反应器内的气体一同通过管道进入收集器内经气固分离得到固态的棉絮状单质硅纳米线团，收集器出气口连通的管道上连通有真空泵、抽风机和热交换器，经热交换器后的冷却气体穿过反应炉与反应器内腔连通，储料桶的出料口和生长控制器的进料管均穿过反应器同反应器内腔连通；所述的生长控制器前部的进料管道为前进料管、后部的出料管道为后出料管，前进料管长度与生长控制器内径之比为(0.1-10)：1，前进料管内径与生长控制器内径之比为(0.05-0.8)：1；通过控制物料进出生长控制器的流量、流向及冷却速度以控制棉絮状单质硅纳米线团的成团大小，从而得到要求的棉絮状单质硅纳米线团； (2)打开收集器出料阀口，取出棉絮状单质硅纳米线团；棉絮状单质硅纳米线团的纯度为98％-99.9999％。

2.一种棉絮状单质硅纳米线团/碳复合负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)配制聚合物溶液：称量利用权利要求1所述的方法制备的棉絮状单质硅纳米线团和中高分子聚合物，单质硅纳米线团质量百分比占10％-90％，中高分子聚合物质量百分比占10％-90％，将称取的中高分子聚合物溶解于溶剂中，得1-30wt％的聚合物溶液； (2)一次混合：将步骤(1)称取的棉絮状单质硅纳米线团装入步骤(1)制作的中高分子聚合物溶液中进行机械搅拌均匀分散混合或机械乳化分散混合或超声均匀分散混合得到混合液； (3)二次混合：将步骤(2)制备的混合液，抽至150-350℃和100-500kpa的压力容器内，进一步均匀分散混合，使中高分子聚合物更好的包覆单质硅纳米线得到均匀混合液； (4)过滤烤干：将步骤(3)制备的均匀混合液经过溶剂过滤或烤干或过滤后烤干得到混合物材料； (5)碳化：将步骤(4)制备的混合物材料装入成料舟中，放到加热反应炉中在氮气和/或惰性气体的保护下烘烧加热到900-1600℃温度保温2-24小时对混合物材料进行碳化反应处理，然后自然降温至200℃以下后，取出碳化反应后的物料，再经粉碎和过筛，得到棉絮状单质硅纳米线团/碳复合负极材料；

所述中高分子聚合物为下列材料中的一种或多种：酚醛树脂、沥青、葡萄糖、蔗糖、淀粉、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯。

3.根据权利要求2所述的一种棉絮状单质硅纳米线团/碳复合负极材料的制备方法，其特征在于：所述的反应炉为真空管式炉、回转炉、辊道窖和推板窖之一；所述的惰性气体为氖气、氩气、氦气中的一种或多种。

4.一种锂电池的电池负极，其特征在于：负极包含权利要求2-3任意一项所述的一种棉絮状单质硅纳米线团/碳复合负极材料的制备方法制备的棉絮状单质硅纳米线团/碳复合负极材料。

5.一种锂电池，其特征在于：所述的锂电池包括电池正极、电池负极、电解液和隔膜，所述的电池负极是如权利要求4所述的锂电池的电池负极；

得到的棉絮状单质硅纳米线团/碳复合负极材料制作的电池首次充电比容量为1768mAh/g以上，首次放电比容量为1415mAh/g以上，100次循环后放电容量保持在1118mAh/g以上，衰减率在36.76%以下。

6.用权利要求2-3任意一项所述的一种棉絮状单质硅纳米线团/碳复合负极材料的制备方法制备的棉絮状单质硅纳米线团/碳复合负极材料，其特征在于：所述的单质硅纳米线团是用单质硅纳米线或单质硅纳米颗粒和单质硅纳米线集结成的棉絮状结构，其中，所述单质硅纳米线团的外表面及其空隙中包覆着导电碳材料或混合导电材料形成锂离子电池负极材料；所述单质硅纳米线团结构中，直径为15nm-300nm的单质硅纳米线的质量占单质硅纳米线团总质量的50％以上；单质硅纳米线团结构中，直径为0.5μm-100μm的单质硅纳米线团的质量占单质硅纳米线团总质量的50％以上；所述导电碳材料由下列一种中高分子聚合物碳化而成：酚醛树脂、沥青、葡萄糖、蔗糖、淀粉、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯。