[发明专利]一种三维多孔碳包裹硅的复合负极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种三维多孔碳包裹硅的复合负极材料，该复合负极材料由碳布基底、生长在所述碳布基底上的三维多孔碳层、以及包裹于所述三维多孔碳层中的硅纳米材料组成；

所述硅纳米材料是通过以下步骤包裹于所述三维多孔碳层中的：将硅纳米材料与乙二醇和/或丙二醇的溶液混合，然后与具有三维多孔碳层的碳布在90-200℃水热条件下反应2-48小时，冷却至室温后，洗涤、干燥，得到所述的三维多孔碳包裹硅的复合负极材料。

2.根据权利要求1所述的三维多孔碳包裹硅的复合负极材料，其中，所述三维多孔碳层的厚度为0.5-100μm，所述三维多孔碳层中的三维多孔碳的比表面积为20-300m²/g，孔体积为10-200m³/g，平均孔径为2-200nm。

3.根据权利要求1所述的三维多孔碳包裹硅的复合负极材料，其中，所述硅纳米材料包括硅纳米粒子和/或硅纳米线，所述硅纳米粒子的直径为1-150nm，所述硅纳米线的直径为5-10nm、长度为10-50nm，以所述三维多孔碳包裹硅的复合负极材料的总重量为基准，其中硅纳米材料的含量为1-70％。

4.根据权利要求3所述的三维多孔碳包裹硅的复合负极材料，其中，硅纳米材料的含量为40-60％。

5.根据权利要求1所述的三维多孔碳包裹硅的复合负极材料，其中，所述三维多孔碳层是通过以下步骤生长在所述碳布基底上的：将淀粉、氢氧化钠与水的混合液涂覆在碳布上，然后在50-120℃下干燥，再在500-900℃、氮气和/或氩气保护下煅烧0.5-24小时，之后冷却至室温，再放入盐酸溶液中浸泡5-48小时，洗涤、干燥后，得到具有三维多孔碳层的碳布。

6.根据权利要求5所述的三维多孔碳包裹硅的复合负极材料，其中，所述三维多孔碳层生长在所述碳布基底上的步骤重复进行。

7.根据权利要求5所述的三维多孔碳包裹硅的复合负极材料，其中，所述淀粉、氢氧化钠与水的混合液是通过以下步骤制备得到的：将质量比为1:(1-100):(1-10)的淀粉、氢氧化钠、水混合均匀，然后在20-100℃放置2-48小时，得到所述的淀粉、氢氧化钠与水的混合液。

8.根据权利要求5～7任一项所述的三维多孔碳包裹硅的复合负极材料，其中，每次在碳布上涂覆所述淀粉、氢氧化钠与水的混合液的量为0.01-5g/cm²。

9.根据权利要求1所述的三维多孔碳包裹硅的复合负极材料，其比容量为500-2000mAhg^-1，库伦效率为95-99％。

10.权利要求1-9中任一项所述的三维多孔碳包裹硅的复合负极材料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将淀粉、氢氧化钠与水的混合液涂覆在碳布上，然后在50-120℃下干燥，再在500-900℃、氮气和/或氩气保护下煅烧0.5-24小时，之后冷却至室温，再放入盐酸溶液中浸泡5-48小时，洗涤、干燥后，得到具有三维多孔碳层的碳布；

(2)将硅纳米材料与乙二醇和/或丙二醇的溶液混合，然后与所述具有三维多孔碳层的碳布在90-200℃水热条件下反应2-48小时，冷却至室温后，洗涤、干燥，得到所述的三维多孔碳包裹硅的复合负极材料。

11.根据权利要求10所述的三维多孔碳包裹硅的复合负极材料的制备方法，其中，步骤(1)重复进行。

12.一种含有权利要求1-9中任一项所述的三维多孔碳包裹硅的复合负极材料的锂离子电池。

13.根据权利要求12所述的锂离子电池，其包括：工作电极、对电极或参比电极、和位于工作电极与对电极或参比电极之间的电解液和隔膜，其中，所述工作电极含有所述三维多孔碳包裹硅的复合负极材料。

14.根据权利要求13所述的锂离子电池，其中，所述工作电极只包括所述三维多孔碳包裹硅的复合负极材料；或者，所述工作电极包括集流体以及形成于所述集流体表面的负极材料层，所述负极材料层中包括所述含有所述三维多孔碳包裹硅的复合负极材料。