[发明专利]一种锂离子电池负极材料及其制备和应用

权利要求书

1.一种锂离子电池负极材料，其特征在于：所述材料为碳纳米层包覆硅的材料，所述材料具有碳纳米层相互交联成三维骨架结构，硅纳米粒子分布于碳纳米层中。

2.如权利要求1所述锂离子电池负极材料，其特征在于：所述碳纳米层为多孔的碳纳米片层，所述碳纳米层的片层厚度为10-300nm，多孔的碳纳米片层的长宽和宽度分别为20nm-5μm，孔隙率为0.5-2cm³/g，孔径尺寸在0.5nm-20nm范围内；硅纳米粒子的粒径为10-100nm。

3.如权利要求1所述锂离子电池负极材料，其特征在于：所述碳纳米层中含有N元素，同时还含有异质元素P、S、B中的一种或两种以上；所述碳纳米层中N元素的质量含量为1％-10％，所述异质元素P、S、B中的一种或两种以上的总的质量含量为1％-10％。

4.一种权利要求1-3任一所述锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

(1)表面修饰的纳米硅与氨基化合物分散液的制备：于无水乙醇中分散经表面处理的纳米硅粉末，水浴加热的同时于分散液中加入偶联剂，恒温搅拌8-16h后冷却过滤干燥得表面修饰的纳米硅，将所得纳米硅与氨基化合物分散在溶剂中；

(2)碳硅复合材料的制备：将多元醇和无机酸混合均匀后于真空条件下加热使其发生酯化反应，于酯化反应产物中加入添加有步骤(1)所得表面修饰的纳米硅的氨基化合物的分散液，再次加热使其发生成盐反应，得碳硅复合材料；

(3)碳纳米层包覆硅材料的制备：将步骤(2)所得碳硅复合材料于惰性气氛中高温碳化处理，得碳纳米层包覆硅材料。

5.如权利要求4所述锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述纳米硅粉末表面处理方法为在-4℃至4℃的水浴的条件下，向双氧水中加入浓硫酸，混合均匀后加入单质纳米硅粉末，再次混合均匀后经洗涤、干燥得表面处理后的纳米硅粉末。

6.如权利要求4所述锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述双氧水的质量分数为25％-35％，浓硫酸的质量分数为90-98％；浓硫酸与双氧水的体积比为5:1-10:1，单质纳米硅颗粒的加入量为5-20mg/mL浓硫酸。

7.如权利要求4所述锂离子电池负极材料及其制备方法，其特征在于：步骤(1)所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂902、硅烷偶联剂910中的一种或两种以上；纳米硅粉末于无水乙醇分散液中的质量浓度为0.2-3mg/mL；所加入的偶联剂与无水乙醇的体积比为1：20-1：80；水浴加热的温度为50-80℃。

8.如权利要求4所述锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述氨基化合物为尿素、三聚氰胺、氰胺、氨基酸中一种或两种以上；所述氨基化合物的分散液中的溶剂为水、甲醇、乙醇、乙二醇中一种或两种以上的混合液；所述氨基化合物于表面修饰的纳米硅的分散液中的质量浓度为2-6g/mL；表面修饰的纳米硅于分散液中的质量浓度为1-10mg/mL；

步骤(2)中所述多元醇为季戊四醇、木糖醇、山梨醇中一种或两种以上；所述无机酸为质量浓度20-90％硼酸、质量浓度20-85％磷酸、质量浓度20-98％硫酸、质量浓度20-80％硝酸中一种或两种以上；所述步骤(1)中多元醇与无机酸的物质的量的比为2：1-1：8；所述氨基化合物与酯化反应前无机酸的物质的量的比为5：1-1：5。

9.如权利要求4所述锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述酯化反应的条件为于70-200℃下反应0.5-5h，真空度为0.03-0.2Mpa；所述成盐反应条件为30-150℃温度下反应2-24h；步骤(3)中所述碳化处理条件为于300-600℃条件下保持0.5-3h，从室温升高温度至700-1100℃，升温速率为2-10℃/min，保持此温度0.5-3h，冷却至室温；步骤(3)中所述惰性气氛为氮气、氩气、或氮气和氩气的混合气。

10.一种权利要求1-3任一所述锂离子电池负极材料的应用，其特征在于：所述材料应用在锂离子电池中。