[发明专利]一种多孔‑中空复合负极材料及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种高性能多孔‑中空复合负极材料的制备方法，通过在高容量的纳米负极材料表面引入SiO2层作为牺牲层，通过原位聚合酚醛树脂引入均匀碳层，然后使之表面再交联聚合高分子聚合物和软模板，通过高温碳化和去模板的方法制备得到高性能多孔‑中空复合负极材料。本发明还公开了一种高性能多孔‑中空复合负极材料及其应用。本发明根据锂电池负极材料充放电循环中的特点，通过在活性物质的中间层外面包覆均匀的碳层，在外碳层中间设计均匀的介孔结构，从而有效地改进电极材料的电化学性能。本发明制备原料便宜，操作工艺简单，收率高，材料的充放电性能优异，便于工业化生产。

主权项

一种多孔‑中空复合负极材料的制备方法，其特征在于，通过在高容量的纳米负极材料表面引入SiO2层作为牺牲层，通过原位聚合酚醛树脂引入均匀碳层，然后使之表面再交联聚合高分子聚合物聚苯胺和软模板，通过高温碳化和去模板的方法制备得到多孔‑中空复合负极材料；具体包括以下步骤：1）在高容量的纳米负极材料表面制备均匀的二氧化硅层；2）将上述制备的含二氧化硅层的负极材料加入到去离子水和乙醇混合的水溶液中，超声分散，搅拌均匀；然后加入一定量表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵，加入间苯二酚和氨水，超声搅拌30～60 min，然后将之置于油浴中45℃搅拌30～60 min，把一定量的甲醛溶液加入上述的混合溶液中，维持45℃搅拌一定时间后抽滤，用去离子水洗3～5遍，70℃真空干燥3～5 h，制备得到含酚醛树脂层包覆的复合材料；3）将制备得到含酚醛树脂层包覆的复合材料重新分散到一定量去离子水中，超声分散；在冰浴条件下，滴加苯胺单体，超声分散均匀，加入三嵌段聚合物Pluronic F127，搅拌溶解，加入一定量的植酸溶液得到混合溶液；4）将步骤3）的混合溶液先在冰浴下搅拌，调节PH值，然后滴加含氧化剂的水溶液，在冰浴下搅拌过夜，抽滤，清洗后干燥得到复合物；5）将步骤4）的复合物在保护气下高温处理，用HF酸处理制备得到多孔‑中空复合负极材料；其中，所述高容量的纳米负极材料为纳米硅粉、锗粉、锡粉；或纳米氧化物粉包括二氧化锡、氧化钨、氧化锌、氧化铟；或纳米复合金属氧化物锰酸锌、钴酸锰、铁酸锰粉末中的一种或多种，所述的多孔结构为介孔，中空的孔间隙为10‑50 nm，所述的多孔‑中空复合负极材料中碳与高容量的纳米负极材料的质量比为1:10 ～1:1，所述步骤3）中苯胺单体的加入量为高容量的纳米负极材料的质量的 0.5～3 倍，步骤4）中氧化剂的加入量为苯胺单体的质量的 1.5～3 倍，氧化剂为(NH4)2S2O8。