[发明专利]具有稳定结构的高首效硅负极、制备方法及锂离子电池

权利要求书

1.一种具有稳定结构的高首效硅负极，其特征在于，所述硅负极由内至外依次包括内层未掺杂硅核、梯度双掺杂层以及共嵌入缓冲层，所述内层未掺杂硅核的厚度为0.1~3nm，所述梯度双掺杂层由梯度原子掺杂层和梯度氧化物掺杂层组成，所述梯度双掺杂层的厚度为70~95nm，所述共嵌入缓冲层由刚性羧基化预锂层和柔性介孔碳组成，所述共嵌入缓冲层的厚度为3~7nm，所述梯度原子掺杂层的质量分数为0.5%~6%，所述梯度原子掺杂层的原子掺杂浓度由内向外呈逐渐递减的梯度分布，内层原子掺杂浓度与外层原子掺杂浓度的比值为（4.5~9.5）：1，所述梯度氧化物掺杂层的质量分数为0.2%~4%，所述梯度氧化物掺杂层的氧化物掺杂浓度由内向外呈逐渐递增的梯度分布，外层氧化物掺杂浓度与内层氧化物掺杂浓度的比值为（8~15）：1。

2.根据权利要求1所述的具有稳定结构的高首效硅负极，其特征在于，所述刚性羧基化预锂层由硅酸锂和氧化锂组成。

3.一种具有稳定结构的高首效硅负极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）梯度双掺杂层的制备：将微米硅原料分散在乙醇与水的混合溶液中，加入有机酸盐，球磨一定时间得到具有梯度双掺杂层的纳米硅；

（2）酯化、羧基化过程：在步骤（1）的产物中加入羧基化助剂后球磨一定时间，羧基化助剂的部分羧基与纳米硅发生酯化反应，部分羧基对纳米硅进行羧基化；

（3）络合反应：在步骤（2）的产物中加入锂盐继续球磨一定时间，实现与锂盐中所含锂离子的络合；

（4）共嵌入缓冲层的制备：将步骤（3）所得产物进行烘烤和焙烧得到最终产物。

4.根据权利要求3所述的具有稳定结构的高首效硅负极的制备方法，其特征在于，步骤（1）中微米硅原料与有机酸盐的质量比为（1.2~14）：1，球磨时间为12~16h，所述有机酸盐选自柠檬酸锡、柠檬酸锗、单宁锗或单宁锡中的任意一种或多种。

5.根据权利要求3所述的具有稳定结构的高首效硅负极的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述羧基化助剂与所述有机酸盐的摩尔比为（2.5~4）：1，所述羧基化助剂为柠檬酸、单宁酸中的一种或二者混合物，所述球磨时间为5~7h。

6.根据权利要求3所述的具有稳定结构的高首效硅负极的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述球磨时间为1~3h，所述锂盐与所述微米硅原料的摩尔比为1：（8~15），所述锂盐选自碳酸锂、氢氧化锂或氯化锂中的一种或多种。

7.根据权利要求3所述的具有稳定结构的高首效硅负极的制备方法，其特征在于，步骤（4）中烘烤和焙烧的条件为步骤（3）所得产物在60~95℃的烘箱中烘烤15~25h后，以2~4.5℃/min的升温速率在680~750℃的惰性气氛下焙烧3~5h。

8.一种锂离子电池的负极极片，其特征在于，所述锂离子电池的负极极片包括权利要求1~2任一所述的具有稳定结构的高首效硅负极。

9.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括权利要求8所述的负极极片。