[发明专利]碳包覆型硅负极材料及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种碳包覆型硅负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）利用硅合金和酸制备多孔硅源，并利用熔融聚合物进行表面覆膜处理；所述熔融聚合物选自聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚苯胺中的一种或多种；所述表面覆膜处理方法如下：将熔融聚合物与多孔硅源搅拌混合，加热碳化，得到经过表面覆膜处理的多孔硅源；所述硅合金的粒径为0.15μm~3μm；

（2）将步骤（1）中所得经过表面覆膜处理的多孔硅源、磺酸盐混合，并加热活化磺酸盐，加热温度为60℃~110℃，得到荷负电多孔硅溶液；

（3）将石墨、分散剂与季铵盐混合得到荷正电石墨溶液，再加入步骤（2）所得荷负电多孔硅溶液并搅拌，加热干燥，得到附多孔硅的石墨粉末；所述石墨振实密度为0.85g/cm³~1.2g/cm³，Dv50粒径为3μm~26μm；

（4）将步骤（3）所述附多孔硅的石墨粉末，在含有机气体的混合气体氛围下进行加热碳化，退温得到所述碳包覆型硅负极材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，满足以下条件中的一种或多种：

1）、所述硅合金选自硅化镁、硅化铝、硅化钙和硅化铁中的一种或多种；

2）、所述酸选自盐酸、硝酸、磷酸、乙酸和甲酸中的一种或多种；

3）、所述酸浓度为0.1wt%~8wt%。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔融聚合物与多孔硅源的质量比为0.2~18：100；加热碳化温度为500℃~900℃，加热碳化时间为1h~12h。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，满足以下条件中的一种或多种：

a）、所述磺酸盐选自苯乙烯磺酸钠、聚苯乙烯磺酸钠、聚苯乙烯磺酸锂、苯乙烯磺酸锂、苯乙烯磺酸钾和聚苯乙烯磺酸钾的一种或多种；

b）、所述经过表面覆膜处理的多孔硅源、磺酸盐的质量比为50~250：1~25。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述季铵盐为聚二甲基氯化铵、聚二甲基溴化铵、十二烷基甲氯化铵、十四烷基甲氯化铵、十六烷基甲氯化铵、十八烷基甲氯化铵、十二烷基甲溴化铵、十四烷基甲溴化铵、十六烷基甲溴化铵和十八烷基甲溴化铵中的一种或多种。

6.一种如权利要求1-5中任一项所述的碳包覆型硅负极材料，其特征在于，所述碳包覆型硅负极材料以石墨为内核，外附碳包覆层以及多孔硅层，所述石墨与多孔硅通过正、负电荷进行吸附复合；多孔硅被覆膜碳层包裹。

7.一种硅负极片，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的制备方法制备所得碳包覆型硅负极材料或权利要求6所述的碳包覆型硅负极材料。

8.一种如权利要求7所述的硅负极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将碳包覆型硅负极材料、导电材料干混搅拌，加入粘结剂、水，得到混合物；

S2、向步骤S1中所得混合物加入导电材料、粘结剂与水，进行搅拌混合得到负极匀浆，将负极匀浆涂覆在负极集流体正反至少一面上，得到负极匀浆涂层，干燥、压片，得到所述硅负极片。

9.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求7中所述的硅负极片或权利要求8中所述的制备方法制备所得的硅负极片。