[发明专利]纳米硅合金基复合负极材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种纳米硅合金基复合负极材料，具有三壳层结构，核层为纳米碳材料包覆的纳米硅合金，三壳层为三壳层结构是以纳米Fe3O4微球为牺牲模板制备的导电聚合物薄膜层。本发明还公开了一种纳米硅合金基复合负极材料的制备方法，首先通过球磨法制备纳米硅合金材料，与纳米碳材料湿法研磨后进行热包覆，形成纳米碳材料包覆的纳米硅合金核层，然后利用牺牲Fe3O4微球模板法在核层表面形成具有三层壳结构的导电聚合物薄膜层，有效的缓冲纳米硅合金材料的体积膨胀。本发明纳米硅合金基复合材料具有比容量高，循环性能和倍率性能优良、振实密度高等优点。本发明提供的负极材料的制备工艺简单，环境友好无污染。

主权项

1.一种纳米硅合金基复合负极材料，其特征在于，所述复合负极材料具有三壳层结构，核层为纳米碳材料包覆的纳米硅合金，壳层为导电聚合物薄膜层；其中所述的纳米碳材料为碳纳米管和石墨烯按质量比为2～5:1组成；所述的纳米硅合金为SixSnyMm，其中M为Ni、Zn、Ti中的任意一种，x、y、m分别代表原子比，1.0≤x≤3.0，0.5≤y≤1.0，0.1≤m≤0.5；所述的三壳层结构是以纳米Fe3O4微球为牺牲模板制备的导电聚合物薄膜层；其制备方法包括以下步骤：（1）根据纳米硅合金为SixSnyMm各原子的比例，将Si、Sn、M各原料粉末与球磨珠加入到球磨机中，通入惰性气体球磨形成纳米硅合金材料，球磨时间为20～80h，球磨转速为800～1500rpm；其中M为Ni、Zn、Ti中的至少一种；（2）将步骤（1）中得到的纳米硅合金材料与纳米碳材料混合加入到超声机中，加入浓度为5～10 mM/L的分散剂溶液，超声分散20～40min，混合形成分散均匀的混合粉末浆料，将混合粉末浆料与球磨珠加入球磨机中，球磨40～90min，离心、过滤、洗涤，得到混合物；将混合物在氮气保护氛围下高温处理2～4小时，反应温度为500～900℃，得到纳米碳材料包覆的纳米硅合金；（3）将纳米Fe3O4微球分散在质量浓度为10％～15％的N‑甲基吡咯烷酮的水溶液中，超声20～40min使Fe3O4微球分散均匀，加入步骤（2）得到的纳米碳材料包覆的纳米硅合金，加入浓度为3～8 mM/L的氢氟酸，搅拌均匀得到混合液，在搅拌条件下将导电聚合物单体加入到上述混合液中，室温下搅拌反应20～50min，加入浓度为1～5mM/L的过硫酸钠，在温度为40℃～70℃下进行搅拌反应50～120min，得到含有导电聚合物壳层结构的纳米硅合金复合材料；（4）将步骤（3）中得到的乳液离心分离得到沉淀，将沉淀洗涤除去杂质，真空干燥，即得纳米硅合金基复合负极材料。