[发明专利]一种用于锂离子二次电池的高首效负极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种用于锂离子二次电池的高首效负极材料，其特征在于，所述高首效负极材料包括:多孔碳基体、金属锂颗粒、纳米硅颗粒和碳壳；

其中，所述多孔碳基体为含有贯穿孔的多孔碳微球；所述贯穿孔的平均孔径为1nm-50nm；

所述金属锂颗粒由气态锂沉积在所述贯穿孔中；所述纳米硅颗粒由含硅的气体沉积在所述贯穿孔中；

所述金属锂颗粒的质量占所述高首效负极材料的总质量的百分比为10％-50％；

所述纳米硅颗粒的粒径在0.1nm-45nm之间，所述纳米硅颗粒的质量占所述高首效负极材料的总质量的百分比为20％-70％；

所述高首效负极材料用于锂离子二次电池的首周库伦效率为99％-105％。

2.根据权利要求1所述的用于锂离子二次电池的高首效负极材料，其特征在于，所述碳壳的质量占所述高首效负极材料的总质量的百分比为1％-20％；

所述高首效负极材料的粒径在1μm-100μm之间。

3.一种上述权利要求1-2任一所述的用于锂离子二次电池的高首效负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为气相沉积法，具体包括:

步骤S1，在氩气气氛下，将含有贯穿孔的多孔碳微球置于沉积设备的沉积室中，将金属锂置于沉积设备的第二炉腔中在高温下蒸发为气态锂，通过载气将气态锂由第二炉腔带入到沉积室内，使气态锂沉积在多孔碳微球的贯穿孔的孔隙内形成金属锂颗粒；

步骤S2，将含硅的气体通入到沉积室中，沉积在多孔碳微球的贯穿孔的孔隙内形成纳米硅颗粒；

步骤S3，交替重复步骤S1和步骤S2，间隔通入气态锂和含硅的气体，使多孔碳微球的贯穿孔中均匀沉积有金属锂颗粒和纳米硅颗粒，得到前驱体材料；

步骤S4，通过气相法对上述前驱体材料进行碳包覆，在多孔碳微球的外表面形成致密的碳壳，得到高首效负极材料。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述沉积设备包括气相沉积炉、管式炉、回转炉、钟罩炉或流化床中的任一种；

其中，所述沉积室与所述第二炉腔通过第一进气口相连接，可调节第一进气口的自动进气阀的参数，以控制所述气态锂的沉积量；

所述沉积室的外侧具有第二进气口，通过调节所述第二进气口的自动进气阀的参数，以控制所述含硅的气体的沉积量；

所述在高温下蒸发为气态锂的温度为800℃-1500℃，保温时间为1小时-20小时；

所述载气为氩气，流量为1L/min-50L/min。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述含硅的气体包括甲硅烷、乙硅烷、丙硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷中的一种或多种硅烷的气体。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述含硅的气体的沉积温度为600℃-1500℃，气相沉积的时间为1小时-20小时，气体流量为0.5L/min-50L/min。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述气相法对上述前驱体材料进行碳包覆的方法，具体为：将碳源气体在450℃-1000℃温度下，沉积在贯穿孔中均匀沉积有金属锂颗粒和纳米硅颗粒的多孔碳微球的外表面上，形成碳壳；

其中，所述碳源气体包括：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙炔及丙烯中的一种或多种；所述碳源气体的流量为1L/min-50L/min，沉积时间为1小时-15小时。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1和步骤2通过热等离子体法以工业硅粉和金属锂为原料，在热等离子处理设备中，将气态锂和硅蒸汽沉积在所述多孔碳微球的贯穿孔的孔隙中，得到所述前驱体材料。

9.一种负极极片，其特征在于，所述负极极片包括上述权利要求1-2任一所述的高首效负极材料。

10.一种锂离子二次电池，其特征在于，所述锂电池包括上述权利要求9所述的负极极片。