[发明专利]一种碳纳米管包覆的硅负极材料和负极片及其制备方法和锂离子电池

权利要求书

1.一种原位制备碳纳米管包覆的硅负极材料的方法，其特征在于，该方法包括：

(1)配制前驱物溶液：将聚乙二醇、柠檬酸和/或一水合柠檬酸、过渡金属盐溶解在溶剂中，得到前驱物溶液；

(2)制备前驱物包覆的硅材料：将所述前驱物溶液与硅材料进行混合、过滤，并将所得的固体产物进行洗涤，接着在隔绝空气的条件下进行干燥，得到前驱物包覆的硅材料；

(3)低温反应：将所述前驱物包覆的硅材料在空气气氛中加热至200-280℃烧结1.5-3.5h，自然冷却，得到MO_x/Si复合粉末；

(4)高温反应：将所述MO_x/Si复合粉末在惰性气体和/或弱还原气体保护下加热至400-800℃烧结1-5h，即得所述碳纳米管包覆的硅负极材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述聚乙二醇、柠檬酸和/或一水合柠檬酸、过渡金属盐的重量比为(0.3-1.8):(1.5-3.0):1；所述过渡金属盐选自硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、硝酸亚铁、氯化亚铁和硫酸亚铁中的至少一种，优选选自硝酸钴、硝酸镍和硝酸亚铁中的至少一种；所述溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、甲醛和水中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述硅材料与过渡金属盐的重量比为(1-10):1；所述硅材料为硅、氧化亚硅、硅/石墨复合材料或氧化亚硅/石墨复合材料；所述硅和氧化亚硅的粒径各自独立地为0.01-10μm，所述石墨的粒径为3-30μm；所述干燥的条件包括温度为60-90℃，时间为1-3h。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，将所述前驱物包覆的硅材料加热至200-280℃的升温速率为1℃/min-30℃/min。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述惰性气体为氮气和/或氩气，所述弱还原气体为氢气和/或一氧化碳；优选地，所述惰性气体和/或弱还原气体为氮气、氩气或氢气，或者体积比在100:1-10:1范围内的氮气与氢气的混合气、氩气与氢气的混合气或氮气与氩气的混合气；将所述MO_x/Si复合粉末加热至400-800℃的升温速率为1℃/min-30℃/min。

6.由权利要求1-5中任意一项所述的方法制备得到的碳纳米管包覆的硅负极材料。

7.一种负极片的制备方法，该方法包括将负极材料与导电剂、粘接剂和溶剂混合均匀得到电极浆料，并将所述电极浆料涂布于集流体表面，烘干，其特征在于，所述负极材料为权利要求6所述的碳纳米管包覆的硅负极材料。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，以所述电极浆料的总重量为基准，所述碳纳米管包覆的硅负极材料的含量为1-98wt％，所述导电剂的含量为0.5-15wt％，所述粘接剂的含量为1.5-20wt％，其余为溶剂；

所述导电剂选自超级炭黑、石墨烯、碳纤维和石墨中的至少一种；所述粘接剂选自羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸、丁苯橡胶和海藻酸钠中的至少一种；所述集流体选自铜箔、泡沫铜、镍箔或泡沫镍，或者表面涂布有导电碳层的铜箔、泡沫铜、镍箔或泡沫镍。

9.由权利要求7或8所述的方法制备得到的负极片。

10.一种锂离子电池，所述锂离子电池包括依次层叠的正极壳、正极片、隔膜、负极片、不锈钢、弹片和负极壳，其特征在于，所述负极片为权利要求9所述的负极片。