[发明专利]硅基负极材料及其制备方法和锂离子电池

权利要求书

1.一种硅基负极材料，所述硅基负极材料为核壳结构，其特征在于：所述核壳结构包括核体、包覆于所述核体的内壳层和包覆于所述内壳层的外壳层；其中，所述核体的材料包括硅基材料，所述内壳层中分布有微孔结构，所述内壳层的材料含有镁元素，所述外壳层为的材料含有碳；所述微孔结构中的微孔是沿所述核体至所述外壳层的方向设置，且所述微孔的孔径由所述核体向所述外壳层方向逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的硅基负极材料，其特征在于：所述内壳层的材料包括镁氧化物、Mg₂SiO₄、MgSiO₃、镁氢氧化物、镁合金中的至少一种；和/或

所述硅基核体的材料为SiO_x，其中，x为0.5-1.5；和/或

所述微孔结构中的相邻微孔的间距为10-500nm；和/或

所述微孔结构所含微孔的孔径为10-2000nm；和/或

所述外壳层包括单碳层或双碳层结构，其中，所述双碳层结构包括包覆于所述内壳层的第一碳层和包覆所述第一碳层外表面的第二碳层，且所述第一碳层为碳源碳化后形成的碳层，所述第二碳层包括有机聚合物和导电剂的混合材料层。

3.根据权利要求1或2所述的硅基负极材料，其特征在于：所述外壳层的厚度为1-200nm；和/或

所述内壳层的厚度为1-10 nm；和/或

所述硅基核体的D50为100 nm-20 μm；和/或

所述内壳层的重量与所述核体重量的百分比大于0，小于或等于30 wt%。

4.根据权利要求1或2所述的硅基负极材料，其特征在于：所述硅基负极材料的容量为1200 mAh/g以上，首效80%以上，循环100圈后容量保持率为88%以上。

5.一种硅基负极材料的制备方法，包括如下步骤：

将含硅材料粉体与含镁材料粉体进行混合处理，形成含硅、镁的混合物；

将所述混合物进行烧结处理，形成含硅基材料的核体和包覆所述核体表面的含镁元素的包覆层，获得第一包覆硅基颗粒材料；其中，所述烧结处理的温度为所述含硅材料与镁发生氧化还原反应的温度；

在所述第一包覆硅基颗粒材料表面形成含碳的包覆层，获得第二包覆硅基颗粒材料；

将所述第二包覆硅基颗粒材料进行酸洗处理，在所述含镁元素的包覆层上刻蚀形成微孔结构，得到硅基负极材料；其中；所述微孔结构中的微孔是沿核体至外壳层的方向设置，且所述微孔的孔径由所述核体向所述外壳层方向逐渐增大。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述形成含硅、镁的混合物的方法包括如下步骤：

将所述含硅材料粉体与所述含镁材料粉体配制成混合悬液，再将所述混合悬液进行喷雾干燥处理，获得所述含硅、镁的混合物；

和/或

在所述第一包覆硅基颗粒材料表面形成含碳的包覆层的方法包括如下步骤：

待所述烧结处理后，进行保温处理，再向所述烧结处理环境中通入气态或气化的碳源进行裂解处理，直接在所述第一包覆硅基颗粒材料表面形成所述包覆层；

和/或

在所述第一包覆硅基颗粒材料表面形成含碳的包覆层的方法包括如下步骤：

在第一包覆硅基颗粒材料表面形成碳层，再在所述碳层的表面形成包覆所述碳层的包括有机聚合物和导电剂的混合材料层；

和/或

将所述第二包覆硅基颗粒材料进行酸洗处理的方法包括如下步骤：

将所述第二包覆硅基颗粒材料没入酸溶液中进行浸泡处理。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述气态或气化的碳源包括C₁-C₄的有机烃；

所述保温处理的时间为0.5-6 h；

在所述浸泡处理中，所述第二包覆硅基颗粒材料是按照酸：镁元素的质量比为（1-5）：1的比例酸溶液中，其中，所述酸溶液的浓度为0.1-10 mol/L。