[发明专利]一种锂离子电池硅基负极材料及其制备方法

摘要

本发明提供了一种锂离子电池硅基负极材料及其制备方法，所述锂离子电池硅基负极材料为核‑壳结构的硅‑金属合金三层复合材料，所述核层为硅，中间层为硅与金属X的合金化合物和X的混合物，热解碳为最外层，其中，X为与硅化合在充放电过程中具有稳定结构的金属元素。采用本发明的技术方案，改善了硅粉作为锂离子电池负极材料的循环性能和倍率性能，核壳结构有效的抑制了硅粉充放电过程中的体积膨胀，热解碳层增加了复合材料的导电性同时对充放电过程中硅粉的体积膨胀起到限制的作用，使硅基复合材料具有优异的循环和倍率性能，制备方法简单、成本低廉、原材料丰富易得。 1

主权项

1.一种锂离子电池硅基负极材料的制备方法，其特征在于：所述锂离子电池硅基负极材料为核‑壳结构的硅‑金属合金三层复合材料，核层为硅，中间层为硅与金属X的合金化合物和X的混合物，热解碳为最外层；所述锂离子电池硅基负极材料采用以下步骤制备得到：步骤A：在金属X的化合物水溶液中加入硅粉，搅拌得到金属X和硅的混合溶液，其中，金属X和硅的摩尔比为nSi:nXn+=5~30:1；步骤B：在金属X和硅的混合溶液加入碱性溶液，金属X产生沉淀，得到X(OH)n附着在硅粉表面的混合溶液；步骤C：将所述X(OH)n附着在硅粉表面的混合溶液加热到60~90℃，搅拌至蒸干得到Si‑X(OH)n固体粉末；步骤D：将Si‑X(OH)n固体粉末在300~950℃、氮/氢混合气氛中保温1~4 h热还原得到Si@XSin/X合金复合材料固体粉末；步骤E：将Si@XSin/X合金复合材料固体粉末加入到有机树脂的无水乙醇溶液中搅拌1~2 h进行搅拌混合得到硅基复合材料的混合溶液，温度为40~60℃，其中Si@XSin/X合金复合材料固体粉末与有机树脂的摩尔比为1:0.5~2.7；将氨水、乙醇的体积比为V氨水:V乙醇=1:3~5的混合溶液加入到所述硅基复合材料的混合溶液中，得到碱性硅基复合材料的混合溶液；其中，所述有机树脂为环氧树脂、酚醛树脂或糠醛树脂中的至少一种；步骤F：将所述硅基复合材料的混合溶液在40~55℃下搅拌2~4 h，然后将升温到55~70℃继续搅拌至蒸干得到固体粉末；将固体粉末在650‑950℃下、氮气气氛下保温1‑4 h热解得到具有核‑壳结构的固体粉末Si@XSin/X/C复合材料；X为Mg、Ca、Ni、Fe、Cu或Co。