[發明專利]一種硅基鋰離子電池復合負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910164469.1
• 申請日: 2019-03-05
• 公開（公告）號: CN110048093A
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 宋雪峰;韓偉娜;李建剛
• 申請（專利權）人: 涵谷新能源科技（上海）有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 上海驍象知識產權代理有限公司 31315
• 代理人: 趙俊寅

1.一種硅基鋰離子電池復合負極材料，其特征在于，所述復合負極材料由Yolk-shell結構的Si/SiO₂和硬碳組成，所述Yolk-shell結構的Si/SiO₂是由內部硅核和外部二氧化硅殼層組成，所述硅核的外徑小于所述二氧化硅殼層的內徑，在所述二氧化硅殼層和所述硅核之間為中空層。

2.根據權利要求1所述的硅基鋰離子電池復合負極材料，其特征在于，所述硅核為單晶硅顆粒，所述二氧化硅殼層為無定形二氧化硅。

3.根據權利要求1所述的硅基鋰離子電池復合負極材料，其特征在于，所述硅核顆粒尺寸為150~400nm；所述二氧化硅殼層厚度約為30~80nm；在所述二氧化硅殼層和所述硅核之間的中空層厚度為30~150 nm。

4.一種權利要求1-3任一項所述硅基鋰離子電池復合負極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

室溫下，將十二烷基苯磺酸鈉與十二烷基磺基甜菜堿加入去離子水中，磁力攪拌0.5~2h，形成混合表面活性劑溶液；再將硅粉加入去離子水中，磁力攪拌0.5~2 h，形成硅粉懸浮液；然后將所述硅粉懸浮液加入到所述混合表面活性劑溶液中，磁力攪拌0.5~2 h，得到分散液；

將步驟（1）所述分散液加熱到30~60℃，再將3-氨丙基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯分別滴入到分散液中，攪拌0.5~2 h，形成混合溶液；然后將所述混合溶液在油浴鍋中加熱到80~120℃，保溫24~48 h；

將步驟（2）得到的反應物離心、分別用乙醇和去離子水洗滌、干燥；然后將所得產物加入乙腈鹽酸混合溶液，攪拌4~8 h，后用去離子水再次清洗、干燥，即得到所述Yolk-shell結構的Si/SiO₂復合材料；

將前驅體酚醛樹脂溶入50 mL 四氫呋喃中，攪拌4 h，待溶劑揮發完全后，再升溫到750℃，預燒3 h，取出樣品球磨5 min 后，升溫到900~1100℃碳化3~7 h，得硬碳；

將Yolk-shell結構的Si/SiO₂與步驟（4）制得的硬碳混合, 然后加入乙醇作為介質進行球磨1~3 h，之后干燥后即得到所述復合負極材料。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述十二烷基苯磺酸鈉與十二烷基磺基甜菜堿按物質的量相等，表面活性劑溶液中去離子水與表面活性劑總量的摩爾比約為4000:1~30000:1；所述硅粉懸浮液的濃度為5~15 mg/mL。

6.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，所述3-氨丙基三乙氧基硅烷與分散液中表面活性劑總量的摩爾比為2:1~2:5；所述正硅酸乙酯與分散液中表面活性劑總量的摩爾比為2:1~10:1。

7.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，所述乙腈鹽酸混合溶液是由鹽酸與乙腈以體積比為1:9~1:3配置而成。

8.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟（4）中，所述煅燒氣氛為氮氣、氬氣等惰性氣體。

9.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟（5）中，Yolk-shell結構的Si/SiO₂與硬碳混合的質量比例為5:95~60:40。