[发明专利]一种锂离子电池用高能量密度与高功率密度负极材料及制备方法

权利要求书

1.一种锂离子电池用高能量密度与高功率密度负极材料，其特征在于：所述高能量密度与高功率密度负极材料为“猕猴桃”结构，所述“猕猴桃”结构包括“猕猴桃”芯、“猕猴桃”籽、“猕猴桃”果肉和“猕猴桃”外皮，所述“猕猴桃”芯为软碳基体，所述“猕猴桃”籽为均匀分散在软碳基体表面的纳米硅材料，所述“猕猴桃”果肉为均匀分散在软碳基体及纳米硅表面的碳纳米管，所述“猕猴桃”外皮为导电碳包覆层。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用高能量密度与高功率密度负极材料，其特征在于：所述软碳基体为2500℃以上可石墨化的非晶态碳材料，粒径为4-9μm；所述软碳基体为石油焦、针状焦、碳纤维和非石墨化中间相碳微球中的1种或至少2种的组合。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用高能量密度与高功率密度负极材料，其特征在于：所述纳米硅材料为多晶硅、单晶硅、非晶硅；优选的，所述纳米硅材料为单分散的单晶硅或多晶硅颗粒；优选的，所述纳米硅材料的中粒径为10~100nm。

4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用高能量密度与高功率密度负极材料，其特征在于：所述碳纳米管为单壁或多壁，管径5-50nm，长度100nm-5μm。

5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用高能量密度与高功率密度负极材料，其特征在于：所述导电碳包覆层为裂解碳材料；优选的，所述裂解碳材料为有机物裂解碳，优选为沥青、糖类和高分子材料中的1种或至少2种的组合，进一步优选为沥青、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯腈、聚环氧乙烷中的1种或至少两种的组合。

6.一种锂离子电池用高能量密度与高功率密度负极材料的制备方法，包括以下步骤：

A1、纳米硅表面修饰：将硅烷偶联剂加入醇系纳米硅浆液的烧瓶中进行混合，所述硅烷偶联剂与醇系纳米硅浆液的混合质量比为1:5~1:50，然后放入超声波清洗器中进行超声2-10h，最后得到均匀分散于醇系体系中的纳米硅溶液；

A2、纳米硅/碳纳米管复合前驱体溶液制备：将碳纳米管加入上述纳米硅溶液中混合，所述碳纳米管与纳米硅溶液的混合质量比为1:5~1:20，使用分散机分散，分散处理后得到纳米硅/碳纳米管复合前驱体溶液；

A3、软碳/纳米硅/碳纳米管复合前驱体颗粒制备：将软碳粉末加入上述纳米硅/碳纳米管复合前驱体溶液中，其中，所述软碳粉末与纳米硅/碳纳米管复合前驱体溶液的质量比为1:1-10:1，使用双行星搅拌机进行搅拌分散，将搅拌均匀混合液进行喷雾干燥造粒得到软碳/纳米硅/碳纳米管复合前驱体颗粒；

A4、构建包覆层：使用碳源物质作为包覆材料，采用机械固相包覆、液相包覆或气相包覆方法对软碳/纳米硅/碳纳米管复合前驱体颗粒进行完整表面包覆。

7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用高能量密度与高功率密度负极材料的制备方法，其特征在于：步骤A1中，所述醇系纳米硅浆液中的醇系介质为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、1,2-丙二醇、丙三醇、正丁醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、正戊醇和2-己醇中的1种或多种的组合。

8.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用高能量密度与高功率密度负极材料的制备方法，其特征在于：步骤A1中，所述硅烷偶联剂为氨丙基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅、甲基丙烯酰氧基硅烷，优选为氨丙基三甲氧基硅烷。

9.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用高能量密度与高功率密度负极材料的制备方法，其特征在于：步骤A4中，所述碳源物质为烃类、烷类、烯类、酚类、糖类、有机酸、树脂类和高分子材料中的任意1种或至少2种的组合，优选为甲烷、乙烯、沥青、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚乙二醇、蔗糖、葡萄糖、聚丙烯腈中的1种或至少2种的组合。

10.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用高能量密度与高功率密度负极材料的制备方法，其特征在于：步骤A4中，包覆比例为1:100-1:10，烧结温度为700~1000℃，热还原时间为10~240min，热还原升温速率为0.5~15.0℃/min，包覆过程使用保护性气体，所述保护性气体为氦气、氮气、氩气中的1种或至少2种的组合。