[发明专利]一种碳‑硅复合材料、其制备方法及用途

权利要求书

1.一种碳-硅复合材料，其特征在于，所述碳-硅复合材料包括碳基底、催化剂以及附着在碳基底上的纳米级的硅颗粒和/或硅薄膜。

2.根据权利要求1所述的碳-硅复合材料，其特征在于，所述碳基底为无机碳材料，优选为天然球形石墨、天然鳞片石墨、人造石墨、软碳、硬碳、中间相碳微球、石墨烯、导电石墨或碳纳米管中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述催化剂为过渡金属单质和/或过渡金属化合物；

优选地，所述催化剂为氯化铁、氯化亚铁、氯化铜、氯化镍、硝酸铁、硝酸镍、硝酸铜、醋酸铁、醋酸铜、醋酸镍、铁单质、铜单质或镍单质中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述硅颗粒的直径为1nm～200nm，优选为1nm～50nm；

优选地，所述硅薄膜的厚度为1nm～200nm。

3.根据权利要求1或2所述的碳-硅复合材料，其特征在于，以所述碳-硅复合材料的总质量为100％计，所述纳米级的硅颗粒和/或硅薄膜的质量百分含量为1％～80％。

4.如权利要求1-3任一项所述的碳-硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)配制有机添加剂和催化剂的分散液；

(2)将碳基底和步骤(1)的分散液混合后烘干；

(3)将步骤(2)的产物投入到化学气相沉积CVD反应炉中，在保护性气体的保护下升温，升温至反应温度后通入硅源，反应，得到碳-硅复合材料；

优选地，所述反应炉为回转式CVD反应炉。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述有机添加剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙炔、葡萄糖、蔗糖、海藻酸、海藻酸钠、柠檬酸、柠檬酸钠、羧甲基纤维素、羰丙基纤维素、壳聚糖、淀粉或明胶中的任意一种或至少两种的混合物；

优选地，步骤(1)所述有机添加剂和催化剂的分散液中，有机添加剂和催化剂的质量比为1:10～2:1；

优选地，步骤(2)所述碳基底和步骤(1)的分散液中的催化剂的质量比为3:1～10:1；

优选地，所述方法还包括在步骤(2)之后步骤(3)之前对烘干得到的产物进行粉碎得到粉末的步骤。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述CVD反应炉为双气路或单气路中的任意一种；

优选地，步骤(3)所述保护性气体为非氧化性气体，优选为氮气、氩气、氢气、氢氩混合气中的任意一种；

优选地，步骤(3)所述保护性气体的通入速度为5sccm～100sccm；

优选地，步骤(3)所述硅源为硅基化合物，优选为硅烷、一氯硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、硅氯仿、硅乙烷或一氯硅乙烷中的任意一种或至少两种的混合物；

优选地，步骤(3)所述硅源的通入速度为0.2L/min～10L/min；

优选地，步骤(3)所述硅源的浓度为1v％～80v％；

优选地，步骤(3)所述反应温度为250℃～800℃；

优选地，步骤(3)所述反应的过程中，回转式CVD反应炉的工作转速为1r/min～10r/min；

优选地，步骤(3)所述反应的时间为0.5h～6h，优选为3h。

7.一种包覆型碳硅复合材料，其特征在于，所述包覆型碳硅复合材料是对权利要求1-3任一项所述的碳-硅复合材料进行碳包覆并烧结得到的；

优选地，所述包覆型碳硅复合材料中，硅的质量百分含量为1％～80％，碳的质量百分含量为20％～99％；

优选地，所述碳包覆采用的方法包括化学气相沉积、碳源固相混合或碳源液相混合中的任意一种。

8.一种堆积型碳硅复合材料，其特征在于，所述堆积型碳硅复合材料是采用权利要求1-3任一项所述的碳-硅复合材料进行二次造粒并烧结得到的；

优选地，所述堆积型碳硅复合材料中，硅的质量百分含量为1％～80％，碳的质量百分含量为20％～99％；

优选地，所述二次造粒采用的方法包括VC加热、融合球化、喷雾干燥或液压机压片中的任意一种。

9.一种负极，其特征在于，所述负极包含权利要求1-3任一项所述的碳-硅复合材料、权利要求7所述的包覆型碳硅复合材料或权利要求8所述的堆积型碳硅复合材料中的任意一种或至少两种的组合。

10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包含权利要求8所述的负极。