[发明专利]一种绒毛结构的硅负极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种绒毛结构的硅负极材料，其特征在于，

所述材料包括硅基活性材料、碳纳米管、碳层和快离子导体层，所述碳纳米管原位生长于硅基活性材料表面形成绒毛结构，所述碳层包覆在所述硅基活性材料和所述碳纳米管表面，所述快离子导体层包覆在所述碳层表面，形成多层核壳结构；

所述硅基活性材料化学通式为SiOx，其中，0＜x＜2；所述硅基活性材料粒径为D50＝1-20μm；所述硅基活性材料中还包括锂化合物、金属镁盐中的至少一种；

所述绒毛结构硅负极材料的制备方法包括以下步骤：

(1)将SiO₂ 粉、Si粉和催化剂按一定比例混合均匀后置于化学气相沉积炉中，炉内温度保持为900-1300℃、气压保持为0-5000Pa，沉积产物冷却后进行破碎、筛分，得到催化剂掺杂的SiO粉末；

(2)将催化剂掺杂的SiO粉末置于化学气相沉积炉中，炉内温度保持为600-1100℃、气压保持为0-5000Pa，按照所需比例向炉内通入碳源气体，沉积0.5-1h，使CNT生长于SiO颗粒表面，继续通入碳源气体，沉积1-5h，使裂解碳沉积于SiO和CNT表面，完成碳包覆，得到SiO/CNT/C复合粉末；

(3)将SiO/CNT/C复合粉末与一定比例的锂源和/或镁粉混合均匀，在高温炉中加热到500-1000℃，同时通入氩气进行保护，得到锂掺杂和/或镁掺杂的SiO/CNT/C复合粉末；

(4)将步骤(3)得到的复合粉末与快离子导体粉末混合，均匀分散到纯水中，然后将混合溶液进行喷雾干燥，得到硅负极材料。

2.如权利要求1所述的一种绒毛结构的硅负极材料，其特征在于，

所述碳层沿所述碳纳米管轴向方向生长。

3.如权利要求1所述的一种绒毛结构的硅负极材料，其特征在于，

用拉曼光谱分析时，所述碳纳米管在1360cm^-1 和1580cm^-1 拉曼位移处显现的峰面积为S₁₃₆₀和S₁₅₈₀，其峰面积比值S₁₃₆₀/S₁₅₈₀满足1＜S₁₃₆₀/S₁₅₈₀≤10。

4.如权利要求1所述的一种绒毛结构的硅负极材料，其特征在于，

所述硅基活性材料中含有弥散分布的硅微晶，并且由X射线衍射图谱分析，在2θ＝28～28.8°范围内归属于Si(111)的衍射峰的半高宽大于2.7°，对应硅微晶尺寸小于3nm。

5.如权利要求1所述的一种绒毛结构的硅负极材料，其特征在于，

所述碳纳米管占所述硅基活性材料的0.1wt％～10wt％。

6.如权利要求1所述的一种绒毛结构的硅负极材料，其特征在于，

所述碳层的碳为硬碳、软碳、炭黑、石墨、碳纤维中的一种或多种的组合；所述碳层厚度为2-300nm。

7.如权利要求1所述的一种绒毛结构的硅负极材料，其特征在于，

所述快离子导体层的快离子导体为任何具有SEI膜功能的材料，包括偏铝酸锂、偏磷酸锂、磷酸二氢铝、铝溶胶、异丙醇铝、锂镧锆氧化合物、锂锗磷硫化合物和氧化乙烯基聚合物中的一种或多种；所述快离子导体层厚度为1-20nm。

8.如权利要求1所述的绒毛结构硅负极材料的制备方法，其特征在于，

所述催化剂包括铁、钴、镍及其化合物；所述碳源为气态碳氢化合物CxHy，其中x≤3，y≥2，包括甲烷、乙炔、乙烯、丙烷、丙烯中的一种或多种的混合物；所述锂源包括锂单质、锂的氧化物、锂的化合物或锂盐中的一种或多种组合，包括金属锂、氧化锂、氢氧化锂、碳酸锂、氢化锂、氮化锂、氟化锂、氯化锂、溴化锂等。