[发明专利]一种嵌脱锂过程中抑制裂纹形成的硅基负极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种嵌脱锂过程中抑制裂纹形成的硅基负极材料，其特征在于，所述硅基负极材料为三层复合结构，由内到外依次为硅基材料层、钙钛矿包覆层以及无定型碳包覆层；所述硅基材料层由选自B、P、Al、Zr、Ti、Mg中的至少一种元素掺杂；所述钙钛矿为LaMO₃，M=Co和/或Fe。

2.根据权利要求1所述的硅基负极材料，其特征在于，掺杂元素选自Al、Zr、Ti和Mg中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的硅基负极材料，其特征在于，钙钛矿包覆层厚度为100-200nm。

4.根据权利要求1或2所述的硅基负极材料，其特征在于，所述硅基材料选自纳米硅、硅纳米管、氧化亚硅、硅氧化物的一种或多种，所述硅氧化物的分子式为SiOx，其中0＜x＜2，所述硅基材料的粒径为0.1-10µm。

5.一种嵌脱锂过程中抑制裂纹形成的硅基负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将硅基材料和掺杂元素化合物均匀混合；

(2)步骤(1)所得混合物在惰性气体环境下进行烧结，自然冷却；

(3)按照钙钛矿LaMO₃化学计量比将硝酸镧和金属M的硝酸盐溶于溶剂，加入络合剂得到前驱体溶液，将步骤(2)制得的材料加入前驱体溶液中负压处理，干燥，煅烧；

(4)将步骤(3)所得材料在真空环境下通入碳源气体进行烧结，经气相沉积在材料表面形成无定型碳包覆层，得到所述硅基负极材料。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述掺杂元素化合物选自硼源、铝源、锆源、钛源、磷源、镁源化合物中的一种或多种；硅基材料和掺杂元素化合物质量比为10:1-20:1；

步骤(2)中，惰性气体是氩气、氮气、氦气中的一种或者多种混合，所述惰性气体的通气速率为100-300mL/min；烧结的升温速率为1-10℃/min，烧结的温度为550-900℃，保温时间为2-10h。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，将硝酸镧，金属M的硝酸盐溶于溶剂中，所述溶剂为乙醇与水的混合溶剂；所述络合剂为柠檬酸、尿素或EDTA的一种或多种；络合剂用量与金属离子的摩尔比为1：10-20；金属镧和金属M总的金属摩尔浓度是0.05-0.2 M。

8.根据权利要求5或7所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，负压为-0.05~-0.1MPa，负压处理时间为30-60min；干燥温度为80-100℃，时间为1-5小时；煅烧温度为600-900 ℃；煅烧时间为1-5 h。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，碳源气体为乙炔、乙烯、甲烷、乙烷中的一种或多种，烧结的温度为650-850℃，烧结时间为1-5h。

10.根据权利要求1-4任一项所述硅基负极材料或权利要求5-9任一项所述制备方法得到的硅基负极材料在锂离子电池中的应用。