[發明專利]一種三維多孔碳包裹硅的復合負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610297819.8
• 申請日: 2016-05-06
• 公開（公告）號: CN107346820B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 張文軍;鄒儒佳;袁牧鋒
• 申請（專利權）人: 香港城市大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 楊雯茜;姚亮

1.一種三維多孔碳包裹硅的復合負極材料，該復合負極材料由碳布基底、生長在所述碳布基底上的三維多孔碳層、以及包裹于所述三維多孔碳層中的硅納米材料組成；

所述硅納米材料是通過以下步驟包裹于所述三維多孔碳層中的：將硅納米材料與乙二醇和/或丙二醇的溶液混合，然后與具有三維多孔碳層的碳布在90-200℃水熱條件下反應2-48小時，冷卻至室溫后，洗滌、干燥，得到所述的三維多孔碳包裹硅的復合負極材料。

2.根據權利要求1所述的三維多孔碳包裹硅的復合負極材料，其中，所述三維多孔碳層的厚度為0.5-100μm，所述三維多孔碳層中的三維多孔碳的比表面積為20-300m²/g，孔體積為10-200m³/g，平均孔徑為2-200nm。

3.根據權利要求1所述的三維多孔碳包裹硅的復合負極材料，其中，所述硅納米材料包括硅納米粒子和/或硅納米線，所述硅納米粒子的直徑為1-150nm，所述硅納米線的直徑為5-10nm、長度為10-50nm，以所述三維多孔碳包裹硅的復合負極材料的總重量為基準，其中硅納米材料的含量為1-70％。

4.根據權利要求3所述的三維多孔碳包裹硅的復合負極材料，其中，硅納米材料的含量為40-60％。

5.根據權利要求1所述的三維多孔碳包裹硅的復合負極材料，其中，所述三維多孔碳層是通過以下步驟生長在所述碳布基底上的：將淀粉、氫氧化鈉與水的混合液涂覆在碳布上，然后在50-120℃下干燥，再在500-900℃、氮氣和/或氬氣保護下煅燒0.5-24小時，之后冷卻至室溫，再放入鹽酸溶液中浸泡5-48小時，洗滌、干燥后，得到具有三維多孔碳層的碳布。

6.根據權利要求5所述的三維多孔碳包裹硅的復合負極材料，其中，所述三維多孔碳層生長在所述碳布基底上的步驟重復進行。

7.根據權利要求5所述的三維多孔碳包裹硅的復合負極材料，其中，所述淀粉、氫氧化鈉與水的混合液是通過以下步驟制備得到的：將質量比為1:(1-100):(1-10)的淀粉、氫氧化鈉、水混合均勻，然后在20-100℃放置2-48小時，得到所述的淀粉、氫氧化鈉與水的混合液。

8.根據權利要求5～7任一項所述的三維多孔碳包裹硅的復合負極材料，其中，每次在碳布上涂覆所述淀粉、氫氧化鈉與水的混合液的量為0.01-5g/cm²。

9.根據權利要求1所述的三維多孔碳包裹硅的復合負極材料，其比容量為500-2000mAhg^-1，庫倫效率為95-99％。

10.權利要求1-9中任一項所述的三維多孔碳包裹硅的復合負極材料的制備方法，其包括以下步驟：

(1)將淀粉、氫氧化鈉與水的混合液涂覆在碳布上，然后在50-120℃下干燥，再在500-900℃、氮氣和/或氬氣保護下煅燒0.5-24小時，之后冷卻至室溫，再放入鹽酸溶液中浸泡5-48小時，洗滌、干燥后，得到具有三維多孔碳層的碳布；

(2)將硅納米材料與乙二醇和/或丙二醇的溶液混合，然后與所述具有三維多孔碳層的碳布在90-200℃水熱條件下反應2-48小時，冷卻至室溫后，洗滌、干燥，得到所述的三維多孔碳包裹硅的復合負極材料。

11.根據權利要求10所述的三維多孔碳包裹硅的復合負極材料的制備方法，其中，步驟(1)重復進行。

12.一種含有權利要求1-9中任一項所述的三維多孔碳包裹硅的復合負極材料的鋰離子電池。

13.根據權利要求12所述的鋰離子電池，其包括：工作電極、對電極或參比電極、和位于工作電極與對電極或參比電極之間的電解液和隔膜，其中，所述工作電極含有所述三維多孔碳包裹硅的復合負極材料。

14.根據權利要求13所述的鋰離子電池，其中，所述工作電極只包括所述三維多孔碳包裹硅的復合負極材料；或者，所述工作電極包括集流體以及形成于所述集流體表面的負極材料層，所述負極材料層中包括所述含有所述三維多孔碳包裹硅的復合負極材料。