一种分层级碳包覆硅微纳复合负极材料及其制备方法、应用

技术特征：
1.一种分层级碳包覆硅微纳复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：将纳米硅粉加入到含表面活性剂的混合溶液中，搅拌、超声，然后依次加入间苯二酚和甲醛溶液，加热搅拌，过滤、洗涤、干燥，得到酚醛包裹硅的前驱体粉末；所述混合溶液由水、醇和氨水组成；或者，将纳米硅粉加入到含多巴胺盐酸盐的tris hcl缓冲液中，搅拌，超声，加热反应，过滤、洗涤、干燥，得到聚多巴胺包覆纳米硅的前驱体粉末；s2：将前驱体粉末与氰胺类小分子、铁系过渡金属盐混合球磨或研磨均匀，置于惰性气氛下，热处理，得到分层级碳包覆硅微纳复合负极材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，所述间苯二酚与甲醛的摩尔比为1:(1～2)；所述纳米硅粉与间苯二酚的质量比为(0.2～20):1；所述纳米硅粉与混合溶液的比例为(0.01～0.5)g:100ml；所述表面活性剂与所述混合溶液的质量比为(0.1～2):100；所述混合溶液中醇与水的体积比为(50～1):1，氨水与水的体积比为1:(1～20)。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，所述表面活性剂为十二烷基三甲基氯化氨、十二烷基三甲基溴化氨、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，所述纳米硅粉与多巴胺盐酸盐的质量比为100:(5～50)；所述tris hcl缓冲液的浓度为5～20mmol/l，所述tris hcl缓冲液的ph为8～9。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，所述加热搅拌的温度为20～80℃，时间为12～36h；所述加热反应的温度为10～60℃，时间为12～24h。6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述铁系过渡金属盐与氰胺类小分子的摩尔比为1:(10～100)；所述前驱体粉末与氰胺类小分子的质量比为1:(2～30)。7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述铁系过渡金属盐为硝酸钴、氯化钴、醋酸钴、硫酸钴、硝酸铁、硝酸铁、氯化铁、醋酸铁、硫酸铁、硝酸镍、氯化镍、醋酸镍和硫酸镍中的至少一种；所述氰胺类小分子为单氰胺、双氰胺和三聚氰胺中的至少一种。8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述热处理的温度为500～1000℃，升温速度为1～5℃/min，时间为0.5～5h。9.一种分层级碳包覆硅微纳复合负极材料，其特征在于，由权利要求1～8任一项所述制备方法制备得到；所述复合负极材料包括纳米硅碳聚集体，所述纳米硅碳聚集体为纳米硅颗粒表面包覆碳层形成的聚合体；所述纳米硅碳聚集体内部原位生长碳纳米管，表面由氮掺杂片层碳均匀包覆。10.一种分层级碳包覆硅微纳复合负极材料的应用，其特征在于，将权利要求1～8任一项所述制备方法制备得到的复合负极材料或者权利要求9所述复合负极材料应用在锂离子电池中。

技术总结
本发明公开一种分层级碳包覆硅微纳复合负极材料及其制备方法、应用，该制备方法包括：将纳米硅分散在溶剂中原位包覆酚醛树脂或聚多巴胺得到前驱体粉末，将前驱体粉末与氰胺类小分子、铁系过渡金属盐混合，高温碳化处理得到分层级碳包覆硅微纳复合负极材料。该分层级碳包覆硅微纳复合负极材料具有双重碳包覆：第一重是纳米硅颗粒表面均匀包覆碳层，第二重是碳包覆硅纳米颗粒形成的聚集体表面被一层氮掺杂片层碳膜均匀包覆，且碳包覆硅纳米颗粒之间原位生长了碳纳米管。分层级碳包覆硅微纳结构一方面提高了硅负极材料的结构和界面稳定性，另一方面改善了硅负极的导电性，用作锂离子电池负极材料显著改善了硅的循环稳定性和倍率性能。倍率性能。倍率性能。


技术研发人员：刘双科 郝紫勋 许静 李宇杰 孙巍巍 郑春满
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：2022.04.02
技术公布日：2022/7/29