[发明专利]一种高性能硅负极活性材料及其制备方法

权利要求书

1.一种高性能硅负极活性材料的制备方法，其特征在于，该硅负极活性材料具有核壳结构，包括纳米硅核层及纳米硅表面包覆的导电功能壳层，纳米硅核层为硅单质颗粒，导电功能壳层的导电功能包括电子导电和离子导电；

所述的高性能硅负极活性材料的制备方法，包括如下步骤：

1）导电涂层溶液的配制：以导电聚合物、炭材料和成膜树脂为主要材料，配制成导电涂层溶液；

2）纳米硅分散液的配制：将纳米硅颗粒分散在挥发性溶剂中，并加入增稠剂，在超声辅助处理后静置，备用；

3）核壳结构硅材料制备：按照导电涂层溶液走壳层、纳米硅分散液走核层，基于静电纺丝造粒工艺，采用同轴静电纺丝法制备核壳结构复合硅活性材料；

4）材料后处理: 制备结束后，将复合硅活性材料在溶剂中浸渍，脱除成膜树脂，最后经干燥操作，获得高性能硅负极活性材料。

2.按照权利要求1所述的高性能硅负极活性材料的制备方法，其特征在于，纳米硅核层参与电极反应，发挥高容量特性，导电功能壳层发挥导电功能和限制纳米硅体积变化的功能。

3.按照权利要求1所述的高性能硅负极活性材料的制备方法，其特征在于，硅单质平均粒径为20~800nm，壳层厚度为5~150nm。

4.按照权利要求1所述的高性能硅负极活性材料的制备方法，其特征在于，壳层具有纳米多孔结构，平均孔径为10nm~50nm，孔隙率为35~70%，显示出离子透过功能，同时该多孔结构的壳层限制脱/嵌锂离子过程硅颗粒的体积变化，延长硅电极的使用寿命。

5.根据权利要求1所述的高性能硅负极活性材料的制备方法，其特征在于，导电聚合物为聚苯胺、聚二苯胺、聚三苯胺、聚噻吩、聚噻吩衍生物、聚芴或聚芴衍生物；炭材料为高导电性炭材料：纳米碳纤维、碳纳米管或石墨烯；成膜树脂为树脂材料：聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇或聚环氧乙烷；

导电涂层溶液中，导电聚合物的质量浓度为5%~50%、炭材料的质量浓度为0.5%~10%、成膜树脂的质量浓度为2%~30%，其余为溶剂。

6.根据权利要求1所述的高性能硅负极活性材料的制备方法，其特征在于，增稠剂为纤维素醚或其衍生物类增稠剂，包括羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素或甲基羟丙基纤维素；挥发性溶剂为三氯甲烷、丙酮、甲醇或乙醇；

纳米硅分散液中，纳米硅颗粒的质量浓度为3%~15%，增稠剂的质量浓度为0.2%~1.5%，其余为挥发性溶剂。

7.根据权利要求1所述的高性能硅负极活性材料的制备方法，其特征在于，同轴静电纺丝电压为8~25千伏，纺丝湿度为35%~90%。

8.根据权利要求1所述的高性能硅负极活性材料的制备方法，其特征在于，复合硅活性材料在溶剂中浸渍是指采用溶剂将成膜树脂溶掉，以形成具有纳米多孔结构的壳层，所用溶剂为水、甲醇或乙醇。

9.根据权利要求1所述的高性能硅负极活性材料的制备方法，其特征在于，高性能硅负极活性材料的粒径为30nm~1000nm，颜色为黑色。