[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

说明书

本发明提供了一种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，涉及锂离子电池技术领域，所述制备方法包括在纳米硅外包覆二氧化硅层的过程加入高分子保护剂，并在二氧化硅层外包覆氧化石墨烯层，最后通过氢氟酸刻蚀，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的Si/void/SiO₂/void/Graphene复合材料，缓解了现有通过单一硅纳米化或碳包覆以及制备多孔结构等方法很难获得硅基负极活性材料性能极大改善的技术问题，本发明提供方法制备得到的硅基负极活性材料不仅能够缓冲纳米硅核在充放电过程中的体积变化，而且能够提高硅基负极活性材料的导电性能和力学韧性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种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。

背景技术

目前，锂离子电池已广泛应用于便携式电子设备，电动车等诸多领域，然而随着科技的发展，现有的锂离子电池已经无法满足日益增长的需求，因此开发高能量密度的锂离子电池是必然的发展趋势。

硅具有高的理论比容量和适中的电压平台，是高能量密度锂离子电池的理想负极材料。但是硅在嵌锂过程中的巨大体积膨胀，容易造成活性材料的粉化以及电极的崩塌，因此循环性能差，此外，硅的本征电导率差，限制了其实际应用。硅的纳米化，碳包覆以及制备多孔结构都是改善硅负极性能的有效途径。但是单一的优化结构很难获得性能极大改善的硅基负极活性材料。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种硅基负极活性材料的制备方法，以改善现有通过单一硅纳米化或碳包覆以及制备多孔结构等方法均很难获得性能极大改善的硅基负极活性材料的技术问题。

本发明提供的硅基负极活性材料的制备方法，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，高分子保护剂为PVP；