[发明专利]一种锂离子电池硅基负极复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种具有多孔结构的Si/CuO_x/C复合材料，其特征在于，以多孔结构的硅材料为基体，Cu_xO颗粒嵌入基体的孔内，不同形态的碳均匀分布于基体材料的表面和孔壁上。

2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述CuO_x，x取值范围优选0≤x≤1，所述CuO_x催化剂进一步优选为Cu、Cu₂O、CuO其中的一种或几种的混合物，所述CuO_x最优选为Cu、Cu₂O、CuO三者的复合物，它们的质量分数分别为2-20％、2-70％、2-80％。

3.如权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述孔大小和形貌均匀，尺寸为50-5000纳米。

4.如权利要求1-3之一所述的复合材料，其特征在于，硅质量分数为10-95％，优选30-95％，CuO_x质量分数为2-40％，碳的质量分数为0-85％。

5.如权利要求1-4之一所述的复合材料，其特征在于，所述不同形态的碳为导电碳膜、碳纳米粒子、碳纳米管、碳纳米线、碳纳米纤维中的一种或多种。

6.如权利要求1-5之一所述具有多孔结构的Si/CuO_x/C复合材料的制备方法，优选包括步骤如下：

(1)将硅粉与CuO_x催化剂，研磨均匀并装入反应器；

(2)向反应器通入卤代烃，控制反应器温度为200-500℃，优选200-400℃，反应压力为0-1.0MPa，反应时间为0-30天，优选0-3天，进一步优选0.5-12小时，使得硅与卤代烃反应，制备得到多孔硅基复合材料；

(3)采用碳前驱体通过浸渍、碳化或化学气相沉积对所述多孔硅的表面和孔内壁进行碳修饰，获得具有多孔结构的Si/CuO_x/C复合材料。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述硅材料为纳米级、微米级或毫米级的硅粉，CuO_x颗粒大小为纳米级或微米级。

8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述CuO_x催化剂，x取值范围优选0≤x≤1，所述CuO_x催化剂进一步优选为Cu、Cu₂O、CuO其中的一种或几种的混合物，所述CuO_x最优选为Cu、Cu₂O、CuO三者的复合物，它们的质量分数分别为2-20％、2-70％、2-80％；

优选地，硅质量分数为10-95％，优选30-95％，CuO_x质量分数为2-40％，碳的质量分数为0-85％；

优选地，所述反应器为固定床、搅拌床、流化床或浆态床；

优选地，所述卤代烃为RX，X为Cl或Br，R为甲基、乙基、乙烯基、苯基中的一种或几种的混合物。

9.如权利要求6-8之一所述的方法，其特征在于，所述浸渍的碳前躯体为葡萄糖、蔗糖、果糖、麦芽糖、丙三醇、聚乙烯醇、聚乙二醇、环氧树脂、酚醛树脂中的一种或几种，得到导电碳膜或碳纳米粒子；

所述化学气相沉积法的碳前驱体为甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烯、丙炔、苯、甲苯、二甲苯中的一种或几种，化学气相沉积法得到碳纳米管、碳纳米线、碳纳米纤维；

优选地，在步骤(3)中，通过浸渍方法再引入金属改性离子；

优选地，浸渍方法包括，将碳前驱体溶于水和/或有机溶剂中制备成溶液，硅基复合材料浸在所述溶液中，待水分完全蒸发后，转移到通入保护气的反应炉中，例如管式炉，在300～1000℃下，优选300～800℃下，更优选400～700℃下，处理0.5-6小时，优选1-4小时，进一步优选2小时，得到最终的多孔硅基负极复合材料；

优选地，所述碳化和化学气相沉积的温度为400-1200℃，碳化和化学气相沉积的时间为0.5-10小时，碳化和化学气相沉积的气氛为高纯氮气、氦气、氩气中的一种或几种。

10.如权利要求1-4之一所述的一种多孔结构的Si/CuO_x/C复合材料的用途，其特征在于，用作锂离子电池负极材料。