[发明专利]硅基负极活性材料的制备方法及硅基负极活性材料、锂离子电池负极材料和锂离子电池

权利要求书

1.一种硅基负极活性材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a)在纳米硅粉上包覆含有高分子保护剂的SiO₂，得到以纳米硅为核，二氧化硅为壳层的Si/SiO₂复合材料；

(b)在Si/SiO₂复合材料上包覆氧化石墨烯，得到以氧化石墨烯为壳层，包覆Si/SiO₂复合材料的Si/SiO₂/GO复合材料；

(c)将Si/SiO₂/GO复合材料进行煅烧，得到Si/SiO₂/Graphene复合材料；

(d)采用强酸溶液刻蚀Si/SiO₂/Graphene复合材料，得到以纳米硅为核，从内至外依次包覆有二氧化硅层和石墨烯层，且纳米硅与二氧化硅层及二氧化硅层与石墨烯层之间均具有空隙的Si/void/SiO₂/void/Graphene复合材料。

2.根据权利要求1所述的硅基负极活性材料的制备方法，其特征在于，在步骤(a)中，先将纳米硅粉分散到溶液中，得到纳米硅分散液，再将高分子保护剂和碱性溶液加入纳米硅分散液中，混合均匀后，加入TEOS，反应，得到以纳米硅为核，二氧化硅为壳层的Si/SiO₂复合材料；

优选地，在步骤(b)中，先将氧化石墨烯分散到溶液中，得到氧化石墨烯分散液，再将Si/SiO₂复合材料加入到氧化石墨烯分散液中，得到以氧化石墨烯为壳层，包覆Si/SiO₂复合材料的Si/SiO₂/GO复合材料。

3.根据权利要求2所述的硅基负极活性材料的制备方法，其特征在于，纳米硅粉和高分子保护剂的质量比为1:0.2-0.6，优选为1：0.3-0.5；

优选地，所述纳米硅粉与所述TEOS的质量比为1：10-20，优选为1：15-20。

4.根据权利要求2所述的硅基负极活性材料的制备方法，其特征在于，高分子保护剂为PVP；

优选地，所述碱性溶液选自氨水、氢氧化钠或氢氧化钾溶液中的至少一种，优选为氨水；

优选地，所述强酸溶液为HF溶液；

优选地，所述HF溶液的浓度为0.5-1.5M，优选为1M；

优选地，Si/SiO₂/Graphene复合材料与HF溶液的反应时间为0.5-2h，优选为1.5h。

5.根据权利要求1所述的硅基负极活性材料的制备方法，其特征在于，氧化石墨烯与Si/SiO₂复合材料的质量比为3-10:90-97，优选为6-9：91-94。

6.根据权利要求1所述的硅基负极活性材料的制备方法，其特征在于，在步骤(b)中，将Si/SiO₂复合材料加入到氧化石墨烯分散液中后，通过喷雾干燥得到氧化石墨烯包覆Si/SiO₂复合材料的Si/SiO₂/GO复合材料。

7.一种硅基负极活性材料，其特征在于，包括纳米硅，所述纳米硅从内至外依次包覆有二氧化硅层和石墨烯层，且所述纳米硅与所述二氧化硅层之间、及所述二氧化硅层与所述石墨烯层之间均具有空隙。

8.根据权利要求7所述的硅基负极活性材料，其特征在于，所述硅基负极活性材料根据权利要求1-6任一项所述的方法制备而成。

9.一种锂离子电池负极材料，其特征在于，包括权利要求7或8所述的硅基负极活性材料、粘合剂和导电剂；

优选地，所述粘合剂选自聚偏氯乙烯、可溶性聚四氟乙烯、丁苯橡胶、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、丙烯腈共聚物、海藻酸钠、壳聚糖和壳聚糖衍生物中的至少一种；

优选地，所述导电剂选自石墨、碳黑、乙炔黑、石墨烯、碳纤维和碳纳米管中的至少一种。

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求7或8所述的硅基负极活性材料，或包括权利要求9所述的锂离子电池负极材料。