[发明专利]一种中空结构的硅碳复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种中空结构的硅碳复合电极材料及其制备方法，制备方法包括：S1：将纳米硅颗粒分散到有机溶剂，加入偶联剂并调节pH值为3～4，进行洗涤、干燥得到改性纳米硅颗粒；S2：分别配置水相溶液和油相溶液，将步骤S1的改性纳米硅颗粒分散到油相溶液中后一并加入到水相溶液中，再加入引发剂，进行离心、洗涤、干燥得到纳米硅颗粒上包覆一层聚合物的复合材料；S3：将步骤S2的复合材料加入到Tris缓冲液中，加入盐酸多巴胺，进行离心、过滤、干燥得到纳米硅颗粒上包覆双层聚合物的复合材料；S4：将步骤S3的复合材料进行碳化得到硅碳复合电极材料。本发明工艺简单、对环境友好，聚合物包覆均匀、结构稳定，制得的硅碳复合电极材料电化学性能优良。

技术领域

本发明涉及电池材料领域，尤其涉及一种中空结构的硅碳复合电极材料及其制备方法。

背景技术

目前商业化锂离子电池的负极材料主要以石墨材料为主，石墨的理论比容量只有372mAh/g，而市场上的高端石墨材料已经达到了360～365mAh/g，十分接近其理论容量，发展潜力相当有限。面对便携式电子设备和新能源汽车等对锂离子电池越来越高的性能要求，势必要开发新型的锂电池负极材料。硅基负极材料由于具有理论容量高(约4200mAh/g)、放电位低、储量丰富的优点，被认为是极具潜力的下一代高能量密度锂离子电池负极材料。然而硅材料在充放电过程中存在严重的体积膨胀(约300％)，巨大的体积效应会使得负极材料粉化脱落，导致锂电池的容量迅速衰减。

碳质负极材料在充放电过程中体积变化较小，具有较好的循环稳定性能，利用碳材料的机械弹性能够缓冲硅巨大体积膨胀，同时高的电子导率也能提高复合材料的倍率性能，因此成为与硅复合的首选基质。在硅碳复合材料中，硅作为活性物质提供高容量，碳材料可以改善硅材料在充放电过程中的体积变化。在硅碳复合材料的结构方面，具有核壳结构的硅/碳复合材料受到了更加广泛的关注，因为核壳结构既能够提高碳与硅的接触范围，增加电子的导通道，又能将电解液与硅隔离开来。但是目前文献报道的硅颗粒表面碳包覆方法，容易出现碳源包覆不均匀，颗粒容易团聚；另外，为制备中空结构，通常需要用HF酸洗过程，对环境有害，且成本较高。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种中空结构的硅碳复合电极材料及其制备方法，工艺简单、对环境友好，聚合物包覆均匀、结构稳定，制得的硅碳复合电极材料电化学性能优良。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明公开了一种中空结构的硅碳复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将纳米硅颗粒分散到有机溶剂中得到分散液，然后向分散液中加入偶联剂并调节pH值为3～4，并依次进行洗涤、干燥，得到改性纳米硅颗粒；

S2：分别配置水相溶液和油相溶液，所述水相溶液包括乳化剂和pH稳定剂，所述油相溶液包括聚合物单体、交联剂和助稳定剂，将步骤S1得到的改性纳米硅颗粒分散到所述油相溶液中后一并加入到所述水相溶液中，再加入引发剂，并依次进行离心、洗涤、干燥，得到纳米硅颗粒上包覆一层聚合物的复合材料；

S3：将步骤S2得到的复合材料加入到Tris缓冲液中，加入盐酸多巴胺，并依次进行离心、过滤、干燥，得到纳米硅颗粒上包覆双层聚合物的复合材料；

S4：将步骤S3得到的复合材料进行碳化，得到中空结构的硅碳复合电极材料。

优选地，步骤S1中加入的偶联剂的质量为纳米硅颗粒质量的3～10％；优选地，步骤S1中的洗涤过程具体为：采用醇水比逐渐降低的混合溶液和纯水依次进行洗涤。

优选地，步骤S2中的所述乳化剂的浓度为2～10mmol/L。