[发明专利]一种中空结构硅/碳纳米粒子自组装石榴状硅基阳极材料及高性能锂离子电池

权利要求书

1.一种中空结构硅/碳纳米粒子自组装石榴状硅基阳极材料，其特征在于，其制备包括如下步骤：

S1：胶体SiO₂@PEI纳米球的合成

在磁力搅拌下，将PEI溶解在溶剂中，形成透明溶液；再将正硅酸乙酯逐步滴加到上述透明溶液中，形成乳白色悬浮液；将上述的乳白色悬浮液进行离心、洗涤、干燥后，得到分散良好的胶体SiO₂@PEI纳米球；

S2：石榴状硅基阳极材料的制备

将步骤S1中得到的胶体SiO₂@PEI纳米球与镁粉进行混合研磨，得到混合物；将混合物在惰性气体气氛中进行高温煅烧，煅烧后自然冷却至室温，所得产物经过洗涤后，即得。

2.根据权利要求1所述的中空结构硅/碳纳米粒子自组装石榴状硅基阳极材料，其特征在于，在步骤S1中，所述溶剂由体积比为30∶2的乙醇和蒸馏水所组成。

3.根据权利要求1所述的中空结构硅/碳纳米粒子自组装石榴状硅基阳极材料，其特征在于，在步骤S1中，所述溶剂与PEI、正硅酸乙酯的质量比为(15-40)：(0.3-0.5)：(0.93-1.2)。

4.根据权利要求1所述的中空结构硅/碳纳米粒子自组装石榴状硅基阳极材料，其特征在于，在步骤S1中，正硅酸乙酯的滴加时间控制在4h-6h。

5.根据权利要求1所述的中空结构硅/碳纳米粒子自组装石榴状硅基阳极材料，其特征在于，在步骤S1中，离心后的产物依次用蒸馏水、乙醇进行洗涤，洗涤的次数至少为一次，然后在空气中且在50℃-70℃下，干燥20h-28h。

6.根据权利要求1所述的中空结构硅/碳纳米粒子自组装石榴状硅基阳极材料，其特征在于，在步骤S2中，胶体SiO₂@PEI纳米球与镁粉的质量比为1:1。

7.根据权利要求1所述的中空结构硅/碳纳米粒子自组装石榴状硅基阳极材料，其特征在于，在步骤S2中，混合物在管式炉中以5℃/min-15℃/min的斜坡速率在惰性气体气氛中加热到600℃～700℃，进行高温煅烧，煅烧时间为5h-7h。

8.根据权利要求1所述的中空结构硅/碳纳米粒子自组装石榴状硅基阳极材料，其特征在于，在步骤S2中，自然冷却后所得产物需在1mol/L的HCl溶液中浸泡5h-7h，去除副产物，再在1mol/L的HF溶液中浸泡1h-2h，以去除未反应的SiO₂。

9.一种高性能锂离子电池，包括阳极、阴极及电解质，其特征在于，所述阳极为权利要求1-8任意一项所述的中空结构硅/碳纳米粒子自组装石榴状硅基阳极材料；所述阴极为LiMn₂O₄纳米片阵列；所述电解质为锂镍锰钴氧化物。

10.根据权利要求9所述的高性能锂离子电池，其特征在于，所述阳极的厚度为200nm-300nm。