[发明专利]锂离子电池用硅基锡基复合颗粒、其制备方法、包含其的负极和锂离子电池

权利要求书

1.一种锂离子电池用硅基锡基复合颗粒的制备方法，包括如下步骤：

（1）通过水解法、溶胶-凝胶法和分解法中的任何一种制备氧化物模板或者直接采用纳米颗粒作为氧化物模板；

（2）通过原位沉积法对步骤（1）中所述氧化物模板包覆锡基材料：

（3）在碱液中去除步骤（2）得到的材料中的模板，并经过非必须的还原过程以得到中空的锡的氧化物颗粒或者中空的锡颗粒；

（4）通过化学气相沉积法或原位沉积法在步骤（3）所得的中空颗粒的表面包覆硅层以形成所述硅基锡基复合颗粒。

2.根据权利要求1所述的制备方法，包括如下步骤：

（1）通过水解法、溶胶-凝胶法和分解法中的任何一种制备氧化物模板或者直接采用纳米颗粒作为氧化物模板；

水解法制备过程为：将水、醇和碱液按照（5~40）：（94~55）：（1~5）的体积比混合，加入水解前驱体，在5-50℃下反应10min~3h后，得到的悬浊液经离心分离，水洗后获得氧化物模板；

溶胶-凝胶法制备过程为：将含金属离子的盐溶液加入有机溶剂中，制备成浓度为1~3mol/L的溶液，然后在60~80℃下滴加凝胶剂和表面活性剂至形成凝胶，将凝胶保温陈化2~24h后，在600~800℃下热处理1~3h，得到氧化物模板；

分解法制备过程为：在惰性气氛中对纳米级金属盐在600~800℃下热处理1~3h，得到氧化物模板；

（2）包覆锡基材料

通过原位沉积法对步骤（1）中的所述氧化物模板包覆锡基材料，包括：将步骤（1）得到的氧化物模板分散在50~100 mL去离子水中，加入50~100 mL的0.5~2mol/L的锡酸盐，在60℃到80℃温度范围内反应1-5小时，将产物离心水洗后得到锡的氧化物包覆的颗粒；

（3）除去模板

配制0.5~3mol/L的碱液，将步骤（2）得到的锡的氧化物包覆的颗粒在70℃到90℃下在碱液中反应0.5~2h，离心水洗后得到中空的锡的氧化物颗粒，在所述硅基锡基中空复合颗粒中包括中空的锡颗粒时，通过镁热反应或氢气还原的方法将中空的锡的氧化物颗粒还原为所述中空的锡颗粒；

（4）包覆硅层

通过化学气相沉积法或原位沉积法在步骤（3）所得的中空颗粒的表面包覆硅层以形成所述硅基锡基复合颗粒；

化学气相沉积法步骤为：取0.1~1g的步骤（3）制备的中空颗粒，通过硅烷气裂解或硅氯化物加氢的方法在其表面沉积硅层；

硅的原位沉积法步骤为：将步骤（3）制备的中空颗粒在反应釜中通过液相硅氯化物加氢的方法在其表面沉积硅层；

其中，步骤（1）所述醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或戊醇；所述水解前驱体为硅酸酯；所述碱液为尿素、氨水中的一种或几种；所述金属离子的盐为Al、Mg、Ca、Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn或Zr的硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、硅酸盐或氯酸盐；所述有机溶剂包含乙二醇甲醚和乙二醇乙醚中的一种或几种；所述表面活性剂包括十二烷基磺酸钠，硬脂酸，卵磷脂中的一种或几种；所述凝胶剂包含钛酸丁酯和硅酸乙酯中的一种或几种；所形成的氧化物模板颗粒包括氧化铝Al₂O₃、氧化镁MgO、氧化钙CaO、二氧化钛TiO₂、氧化锰MnO和二氧化锰MnO₂、氧化亚铁FeO、四氧化三铁Fe₃O₄、氧化钴CoO、四氧化三钴Co₃O₄、氧化镍NiO、氧化亚铜Cu₂O、氧化铜CuO、氧化锌ZnO或氧化锆ZrO₂；

步骤（2）所述锡酸盐包括锡酸钠、锡酸钾、锡酸镁或锡酸钙；所述锡的氧化物包括氧化亚锡SnO和二氧化锡SnO₂；

步骤（3）所采用的碱液包括氢氧化钾和氢氧化钠；

步骤（4）所得的硅基锡基复合颗粒的粒径在15nm~250nm之间。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述硅酸酯为选自硅酸丁酯、硅酸甲酯、硅酸乙酯、硅酸二乙酯中的一种或几种。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法制备的硅基锡基复合颗粒。