[发明专利]一种锂离子电池硅碳负极材料及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

（1）将硅粉利用射频等离子体系统进行高温气化处理，得到气态硅；然后将气态硅急速冷却，得到纳米硅；

（2）将鳞片石墨进行球磨，然后干燥，得到纳米石墨片；

（3）将步骤（1）中得到的纳米硅加入到水中，并加入硅烷偶联剂，然后超声分散，得到混合液A；然后将步骤（2）中得到的纳米石墨片和柠檬酸加入到混合液A中，并搅拌分散均匀，得到混合液B；

（4）将有机碳溶液加入到步骤（3）中得到的混合液B中，搅拌均匀，得到混合液C；然后将混合液C进行喷雾干燥，得到硅碳复合材料前驱体；

（5）将步骤（4）中得到的硅碳复合材料前驱体在惰性气体环境中升温至400～600℃恒温保持3～5h，然后升温至800～1000℃恒温保持3～5h，得到锂离子电池硅碳负极材料；

步骤（1）中所述的急速冷却的速度为100～500℃/min；

步骤（1）中所述的纳米硅的粒径为20～100nm；

步骤（2）中所述的纳米石墨片中石墨片的粒径为3～8μm，厚度为80～200nm。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的高温气化处理通过如下方法实现：

将硅粉置于射频等离子体系统中，调整射频等离子体系统中的射频电流，使得惰性气体产生等离子体束流，实现5000～12000℃高温环境，将粗硅气化成气态硅；所述的射频电流为5.8A～7.3A。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的有机碳溶液为沥青-四氢呋喃溶液；所述的四氢呋喃的用量为按每克沥青配比7.5mL四氢呋喃计算。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：

步骤（3）中所述的硅烷偶联剂的添加量为按硅烷偶联剂占纳米硅质量的3%～5%计算；

步骤（3）中所述的纳米硅与纳米石墨片的质量比为1:2～4；

步骤（3）中所述的柠檬酸添加量为按柠檬酸占纳米石墨片质量的3%～5%计算。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的混合液C中固含量为10～30%。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：

步骤（2）中所述的球磨的介质为去离子水、乙醇或乙二醇；

步骤（3）中所述的硅烷偶联剂为KH-550。

7.根据权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：

步骤（2）中所述的球磨的条件为：3000rpm球磨20～30小时；

步骤（3）中所述的超声的频率为20kHz；

步骤（3）和（4）中所述的搅拌的速度为800～1000r/min。

8.一种锂离子电池硅碳负极材料，其特征在于：通过权利要求1～7任一项所述的方法制备得到。

9.权利要求8所述的锂离子电池硅碳负极材料在锂电池电极材料制备领域中的应用。