[发明专利]一种多孔硅碳复合负极材料及其制备方法和应用、锂离子电池

权利要求书

1.一种多孔硅碳复合负极材料，其特征在于：所述复合负极材料由包括以下步骤的方法制备得到：

(1)将聚合物、正硅酸乙酯、有机溶剂混合，得到前驱体溶液；

取前驱体溶液进行静电纺丝，得到纳米纤维膜；

(2)将纳米纤维膜分散在硅烷偶联剂溶液中，与纳米硅、导电剂混合均匀，之后进行水热反应，反应后用酸液清洗，干燥，得到硅氧化合物/纳米硅复合材料；

将硅氧化合物/纳米硅复合材料浸泡在氟化铵溶液中，取出后进行碳化处理，即得。

2.根据权利要求1所述的多孔硅碳复合负极材料，其特征在于：步骤(1)中，所述聚合物选自聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种；和/或，所述有机溶剂选自乙醇、乙二醇、异丙醇、丙三醇、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种；和/或，所述聚合物、正硅酸乙酯、有机溶剂的质量比为(1～12)：(1～12)：100。

3.根据权利要求1所述的多孔硅碳复合负极材料，其特征在于：步骤(2)中，所述硅烷偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种；和/或，所述导电剂为碳纳米管，所述纳米纤维膜、硅烷偶联剂、纳米硅、碳纳米管的质量比为(10～20)：(0.5～2)：(1～5)：(0.5～2)；和/或，所述水热反应的温度为100～200℃，反应时间为1～6h；和/或，所述氟化铵溶液的浓度为40～60％，浸泡时间为24～72h；和/或，所述碳化处理的条件为：在惰性气氛下，以升温速率为1～10℃/min升温到600～1000℃，并保温1～24h。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的多孔硅碳复合负极材料，其特征在于：所述复合负极材料的粒径大小为1～15μm，优选为5～10μm。

5.一种多孔硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将聚合物、正硅酸乙酯、有机溶剂混合，得到前驱体溶液；

取前驱体溶液进行静电纺丝，得到纳米纤维膜；

(2)将纳米纤维膜分散在硅烷偶联剂溶液中，与纳米硅、导电剂混合均匀，之后进行水热反应，反应后用酸液清洗，干燥，得到硅氧化合物/纳米硅复合材料；

将硅氧化合物/纳米硅复合材料浸泡在氟化铵溶液中，取出后进行碳化处理，即得。

6.根据权利要求5所述的多孔硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述聚合物选自聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种；和/或，所述有机溶剂选自乙醇、乙二醇、异丙醇、丙三醇、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种；和/或，所述聚合物、正硅酸乙酯、有机溶剂的质量比为(1～12)：(1～12)：100。

7.根据权利要求5所述的多孔硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述硅烷偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种；和/或，所述导电剂为碳纳米管，所述纳米纤维膜、硅烷偶联剂、纳米硅、碳纳米管的质量比为(10～20)：(0.5～2)：(1～5)：(0.5～2)；和/或，所述水热反应的温度为100～200℃，反应时间为1～6h；和/或，所述酸液为稀盐酸溶液，浓度为0.5～2wt％。

8.根据权利要求5所述的多孔硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述氟化铵溶液的浓度为40～60％，浸泡时间为24～72h；和/或，所述碳化处理的条件为：在惰性气氛下，以升温速率为1～10℃/min升温到600～1000℃，并保温1～24h。

9.一种如权利要求1～4中任一项所述的多孔硅碳复合负极材料、或者如权利要求5～8中任一项所述的制备方法制备得到的多孔硅碳复合负极材料在制备锂离子电池中的应用。

10.一种锂离子电池，其特征在于：所述锂离子电池包括正极、负极、隔膜、电解液，所述负极包括负极集流体以及涂覆在负极集流体表面的负极材料层，所述负极材料层包括负极材料、导电剂、粘结剂，所述负极材料采用如权利要求1～4中任一项所述的多孔硅碳复合负极材料、或者如权利要求5～8中任一项所述的制备方法制备得到的多孔硅碳复合负极材料。