[发明专利]一种蛋黄壳结构的硅@碳复合材料及其制备和应用

权利要求书

1.一种蛋黄壳结构的硅@碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)：将介孔纳米SiO_X、熔盐和镁粉经煅烧处理，得介孔纳米硅；所述介孔纳米SiO_X为SiO和/或SiO₂；所述的介孔纳米SiO_X具有纳米棒状形貌；步骤1)中，煅烧过程中的气氛为含有0.1-5v％氢气的氮气、氦气、氡气、氩气中的至少一种；煅烧过程为：预先在300-350℃下进行第一段煅烧，随后升温至600-650℃进行第二段煅烧；煅烧过程的升温速率为3-5℃/min；所述的熔盐为NaCl、PbO、K₂SO₄、KCl中的至少一种；

步骤2)：将包含步骤1)制得后的介孔纳米硅粉、表面活性剂、铝盐的溶液在pH为2-7下反应，在纳米硅表面包覆氢氧化铝胶体，得硅/氢氧化铝胶体复合材料；所述的表面活性剂为聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、聚丙烯酰胺中的至少一种；介孔纳米硅粉和表面活性剂的质量比为1.5~3：1；

步骤3)：在硅/氢氧化铝胶体复合材料与有机碳源混合，在其表面包碳，随后再经炭化处理，得到硅/氢氧化铝胶体/碳复合材料；

步骤4)：采用酸液和/或碱液去除步骤3)所得材料的氢氧化铝胶体，制得所述的蛋黄壳结构的硅@碳复合材料。

2.如权利要求1所述的蛋黄壳结构的硅@碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述介孔纳米SiO_X与镁粉的摩尔比为1︰0.5-5；

步骤1)中所述介孔纳米SiO_X与熔盐的摩尔比为1︰2-8。

3.如权利要求1所述的蛋黄壳结构的硅@碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，溶液中的表面活性剂的浓度为0.5-5％。

4.如权利要求1所述的蛋黄壳结构的硅@碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述铝盐为氯化铝、硫酸铝和偏铝酸钠中的至少一种。

5.如权利要求1所述的蛋黄壳结构的硅@碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述介孔纳米硅粉与铝盐的质量比为1︰1-3。

6.如权利要求1所述的蛋黄壳结构的硅@碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述的有机碳源为葡萄糖、聚乙烯吡咯烷酮PVP、酚醛树脂、多巴胺盐酸盐、沥青和羧甲基纤维素CMC中的至少一种；

步骤3)中，所述的硅和有机碳源摩尔比为1︰0.5-2。

7.如权利要求1所述的蛋黄壳结构的硅@碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述的炭化处理的升温程序为室温以0.5-5℃/min的升温速率升至250~350℃，保温1-200min，再以0.5-10℃/min的升温速率升至700-900℃，保温1-400min，最后降温至室温。

8.如权利要求1所述的蛋黄壳结构的硅@碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述的炭化处理的升温程序为以1-3℃/min的升温速率升至300℃，保温60-120min，再以2-5℃/min的升温速率至700-800℃，保温320-400min，最后自然冷却或程序冷却至室温。

9.如权利要求1所述的蛋黄壳结构的硅@碳复合材料的制备方法，其特征在于，炭化过程的气氛为含有0.1-5v％氢气的氮气、氦气、氡气、氩气中的至少一种。

10.如权利要求1所述的蛋黄壳结构的硅@碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述的酸液为盐酸和/或硫酸的溶液；所述的碱液为氢氧化钠和/或氢氧化钾的溶液，酸液、碱液的浓度分别为5-40%。

11.一种权利要求1~10任一项所述制备方法制得的蛋黄壳结构的硅@碳复合材料的应用，其特征在于，作为负极活性材料，用于制得锂电池的负极。