[发明专利]一种硅基锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种硅基锂离子电池负极材料及其制备方法，属于锂离子电池技术领域，解决现有的硅基负极材料存在的导电性差、循环寿命低的问题。该方法首先以纳米氧化锌做模板剂，通过有机硅的水解制备得到核壳结构的ZnO/SiO₂；将ZnO/SiO₂和Zn粉混合进行高温处理得到ZnO/SiO_x(0≤X<2)；再与酸进行反应得到中空的H‑SiO_x；再在H‑SiO_x表面包覆聚苯胺得到H‑SiO_x/PANI；最后在聚苯胺表面吸附氧化石墨烯并还原得到H‑SiO_x/PANI/RGO，即为硅基锂离子电池负极材料。本发明的制备工艺与设备要求低，且硅基负极材料结构稳定性好，导电性高，循环寿命大大提升。

技术领域

本发明涉及一种硅基锂离子电池负极材料及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池以能量密度高、循环寿命长、使用无污染等优点，成为当今新能源届研究的主题，被广泛的应用于笔记本、手机、电动汽车上。目前锂离子电池通常以石墨作为负极材料，但是，由于石墨的理论容量低，限制了锂离子电池整体的能量密度。硅的理论容量可达4200mAhg^-1，远高于石墨，且在地球上储量丰富，是一种优异的锂离子电池负极材料；但是，硅的导电性差，在充放电过程中体积膨胀可达3倍以上，容易发生材料颗粒破碎、材料从集流体上脱落等问题，造成电池容量迅速衰减，电池寿命短，倍率性能差等不好的结果。

为了提高硅的活性和在电池领域的应用，现有技术中有通过化学气相沉积在硅纳米颗粒的表面沉积上一层碳层或者石墨烯，以增加硅的电导性，提高电池的性能。但是，该方法对设备的要求高，能耗高，沉积的条件要求高。也有通过硼酸对硅纳米颗粒进行掺杂，随后用硝酸银溶液对硅颗粒进行刻蚀，从而形成多孔的硅，缓解体积膨胀，提升电池寿命。这种方式中硼的掺杂量不高，硝酸银成本高，所得的孔量少且较小，对性能提升不大。还有的是通过物理法将硅基材料和石墨烯、活性炭、碳纳米管等高导电性材料进行球磨等方式，增加硅基材料的导电性，提高电池性能。但物理法存在材料的结构稳定性不好，且各组分之间的结合能力低的缺点。

发明内容

本发明针对以上现有技术中存在的缺陷，提出一种硅基锂离子电池负极材料及其制备方法，该材料解决了硅基材料作为锂离子电池负极材料时导电性差，结构稳定性低，循环寿命低的问题。

本发明的目的之一是通过以下技术方案得以实现的，一种硅基锂离子电池负极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

A、将有机硅源、氨水加入至纳米氧化锌分散液中，反应后，过滤得到沉淀，并将沉淀进行加热处理，得到具有核壳结构的ZnO/SiO₂；

B、在惰性气体的保护下，将具有核壳结构的ZnO/SiO₂和活性Zn粉混合在高温条件下进行热处理，得到具有储锂活性的硅基材料ZnO/SiO_x，所述SiO_x中X的数值为0≤X&lt;2；

C、将ZnO/SiO_x与稀酸溶液进行反应除去内层的ZnO和多余的锌粉，离心、洗涤，得到中空的硅基材料H-SiO_x；

D、将中空的硅基材料H-SiO_X和苯胺单体加入到水和乙醇的混合液中，调节体系的pH值为1～2，再加入过硫酸铵溶液，进行聚合反应，反应结束后，进行离心、洗涤，得到聚苯胺PANI包覆中空硅基材料H-SiO_x的二元复合材料H-SiO_x/PANI；