[发明专利]一种低膨胀硅基复合负极材料及其制备方法、锂离子电池

权利要求书

1.一种低膨胀硅基复合负极材料，其特征在于，包括内核以及包覆在内核上的外壳，外壳包括由内向外依次设置的内包覆层、中包覆层、外包覆层，内包覆层为无定型碳层A，中包覆层为固体电解质层，外包覆层为无定型碳层B，外壳的质量占低膨胀硅基复合负极材料质量的5-15％。

2.一种低膨胀硅基复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将硅粉在氢氟酸中浸泡2-5h，固液分离，得多孔硅；

2)将步骤1)得到的多孔硅与硅烷偶联剂、碳纳米管在有机溶剂A中混合均匀，然后进行碳化处理，得到复合材料A；所述碳化处理是在惰性气氛中于750-800℃保温3-5h；

3)将步骤2)得到的复合材料A、分散剂、固体电解质在有机溶剂B中分散均匀，然后喷雾干燥，得到复合材料B；

4)将步骤3)得到的复合材料B在碳源混合气体中于700-1100℃保温1-6h，然后在惰性气氛下降温，即得；所述碳源混合气体由甲烷、乙烯、乙炔中的至少一种与氨气按照体积比100:1-10混合而成。

3.根据权利要求2所述的低膨胀硅基复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中硅粉的粒径为100-500nm。

4.根据权利要求2所述的低膨胀硅基复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中多孔硅、硅烷偶联剂、导电剂的质量比为100：1-5：0.5-2。

5.根据权利要求4所述的低膨胀硅基复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中的硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基二乙氧基硅烷、氨基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的至少一种。

6.根据权利要求2所述的低膨胀硅基复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤3)中的复合材料A、分散剂、固体电解质的质量比为100:1-3:5-10。

7.根据权利要求6所述的低膨胀硅基复合负极材料的制备方法，其特征在于，固体电解质包括Li_x+5La₃Zr_2-yA_yO₁₂，其中，A为Al、Ta、Ti、V、Si、Ge、Sn中的至少一种，1.5＜x＜2，0＜y＜1.0。

8.根据权利要求7所述的低膨胀硅基复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤3)中将复合材料A、分散剂、固体电解质在有机溶剂中分散均匀是将复合材料A、分散剂加入固体电解质的有机溶液中；固体电解质的有机溶液的质量分数为1-10％。

9.根据权利要求2所述的低膨胀硅基复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤4)中以1-10℃/min升温至700-1100℃保温。

10.一种锂离子电池，包括正极、负极、隔膜、电解液，其特征在于，所述负极包括负极集流体和设置在负极集流体表面的负极材料层，负极材料层包括负极活性物质，所述负极活性物质为权利要求1中的低膨胀硅基复合负极材料。