[发明专利]一种三维多孔状硅碳负极材料的制备方法与应用

权利要求书

1.一种三维多孔状硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将纳米Si通过羟基化改性溶液进行初步处理，其中，纳米Si的粒度为30～200nm；羟基化改性溶液为浓硫酸与过氧化氢的混合溶液，其中浓硫酸与过氧化氢的体积比为1：1～3：1；

(2)调整溶液温度及pH值，将硅烷偶联剂水解，使环氧基官能团在酸性条件发生水解生成羟基，其中，溶液温度范围为0～30℃，溶液pH值范围为3～5；

调节pH所用试剂为下属物质的一种或几种：冰醋酸、柠檬酸、草酸；

所用硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷的一种或几种；

水解时间为1～9h；

(3)在惰性气氛中，将纳米Si与水解的硅烷偶联剂混合，油浴回流加热，使硅烷偶联剂与表面富含羟基的纳米Si脱水缩合，其中，水解硅烷偶联剂的质量分数为1～20％，油浴回流温度50～85℃，反应时间3～12h；

(4)将步骤(3)所得到的混合溶液进行离心、真空干燥，在保护气氛下低温煅烧，低温煅烧温度200～350℃，煅烧时间1～5h；

(5)将有机碳、纳米TiO₂与步骤(4)得到的产物混合后，进行低速球磨搅拌，然后将搅拌之后的产物水浴蒸干，在氩气保护环境中，以1～5℃/min的速度升温至550～700℃，之后恒温煅烧2～10h，得到三维多孔状硅碳负极材料负极材料，

其中，TiO₂粒径为5～100nm；

有机碳为下述物质的一种或几种：壳聚糖、阿拉伯树胶、蔗糖、葡萄糖、酚醛树脂、沥青、聚苯烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯胺、聚乙烯醇缩丁醛、三聚氰胺；

所述有机碳煅烧后的残炭量占最终三维多孔状负极材料的质量百分比为10％～50％；

球磨介质为乙醇、NMP、DMF的一种或几种，球磨气氛为氩气、氮气或者真空环境，球磨转速为50～300r/ min，搅拌方式为正反转交替，球料比为40:1～100：1，球磨时间为0 .5～2h；

纳米Si与TiO₂的质量比为10:1～1:1。

2.一种三维多孔状硅碳负极材料的应用，其特征在于：如权利要求1所述的制备方法所制得的三维多孔状硅碳负极材料在锂离子电池负极片上的应用。

3.根据权利要求2所述的一种三维多孔状硅碳负极材料的应用，其特征在于：包括将三维多孔状负极材料制备成锂离子电池负极片的制备方法，包括以下步骤：将三维多孔状负极材料与粘结剂、导电剂按重量配比混合，调成浆料后涂覆在铜箔上，形成涂覆层，并经真空环境下干燥5～24个小时，之后经过辊压，得到锂离子电池负极片。

4.根据权利要求3所述的一种三维多孔状硅碳负极材料的应用，其特征在于：

所述粘结剂为羧甲基纤维素钠；

所述导电剂为导电炭黑；

所述三维多孔状的锂离子电池负极材料与粘结剂、导电剂重量配比为(70～80):(20～10):10；

所述涂覆层厚度 为100～180μm；所述辊压的厚度为75～150μm；所述真空干燥的温度为50～100℃。