[发明专利]一种硅基锂离子电池复合负极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种硅基锂离子电池复合负极材料，其特征在于，所述复合负极材料由Yolk-shell结构的Si/SiO₂和硬碳组成，所述Yolk-shell结构的Si/SiO₂是由内部硅核和外部二氧化硅壳层组成，所述硅核的外径小于所述二氧化硅壳层的内径，在所述二氧化硅壳层和所述硅核之间为中空层。

2.根据权利要求1所述的硅基锂离子电池复合负极材料，其特征在于，所述硅核为单晶硅颗粒，所述二氧化硅壳层为无定形二氧化硅。

3.根据权利要求1所述的硅基锂离子电池复合负极材料，其特征在于，所述硅核颗粒尺寸为150~400nm；所述二氧化硅壳层厚度约为30~80nm；在所述二氧化硅壳层和所述硅核之间的中空层厚度为30~150 nm。

4.一种权利要求1-3任一项所述硅基锂离子电池复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

室温下，将十二烷基苯磺酸钠与十二烷基磺基甜菜碱加入去离子水中，磁力搅拌0.5~2h，形成混合表面活性剂溶液；再将硅粉加入去离子水中，磁力搅拌0.5~2 h，形成硅粉悬浮液；然后将所述硅粉悬浮液加入到所述混合表面活性剂溶液中，磁力搅拌0.5~2 h，得到分散液；

将步骤（1）所述分散液加热到30~60℃，再将3-氨丙基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯分别滴入到分散液中，搅拌0.5~2 h，形成混合溶液；然后将所述混合溶液在油浴锅中加热到80~120℃，保温24~48 h；

将步骤（2）得到的反应物离心、分别用乙醇和去离子水洗涤、干燥；然后将所得产物加入乙腈盐酸混合溶液，搅拌4~8 h，后用去离子水再次清洗、干燥，即得到所述Yolk-shell结构的Si/SiO₂复合材料；

将前驱体酚醛树脂溶入50 mL 四氢呋喃中，搅拌4 h，待溶剂挥发完全后，再升温到750℃，预烧3 h，取出样品球磨5 min 后，升温到900~1100℃碳化3~7 h，得硬碳；

将Yolk-shell结构的Si/SiO₂与步骤（4）制得的硬碳混合, 然后加入乙醇作为介质进行球磨1~3 h，之后干燥后即得到所述复合负极材料。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述十二烷基苯磺酸钠与十二烷基磺基甜菜碱按物质的量相等，表面活性剂溶液中去离子水与表面活性剂总量的摩尔比约为4000:1~30000:1；所述硅粉悬浮液的浓度为5~15 mg/mL。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述3-氨丙基三乙氧基硅烷与分散液中表面活性剂总量的摩尔比为2:1~2:5；所述正硅酸乙酯与分散液中表面活性剂总量的摩尔比为2:1~10:1。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述乙腈盐酸混合溶液是由盐酸与乙腈以体积比为1:9~1:3配置而成。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述煅烧气氛为氮气、氩气等惰性气体。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，Yolk-shell结构的Si/SiO₂与硬碳混合的质量比例为5:95~60:40。