[发明专利]一种多组分硅碳材料及其制备方法

权利要求书

1.一种锂离子电池用多组分硅碳材料，其特征在于：所述硅碳材料包括纳米硅、碳质导电剂、无定形碳、致密热解碳、疏松热解碳；所述硅碳材料为核壳结构，所述硅碳材料的核心部分包括纳米硅、碳质导电剂、无定形碳，所述纳米硅与碳质导电剂均匀地分散在无定形碳中，所述硅碳材料的外壳结构为致密热解碳、疏松热解碳组成的双层外壳；所述硅碳材料的核心结构为：纳米硅与碳质导电剂均匀地分散在无定形碳中，D₅₀=5~20μm；所述硅碳材料的外壳结构为：双层外壳，内层外壳为致密的10~1000nm厚的热解碳，表层外壳为多孔疏松的5~50nm厚的热解碳；

其中，所述纳米硅为米粒状，纯度≥99%，长端距为50~120nm，宽端距为10~25nm；所述碳质导电剂为石墨负极材料、石墨导电剂、乙炔黑、炭黑、碳纳米管、气相生长碳纤维、石墨烯中的一种或多种；所述无定形碳的前驱体为沥青、酚醛树脂、多羟基醇中的一种或多种；所述致密热解碳的前驱体为残碳率≥75%的沥青；所述疏松热解碳的前驱体为残碳率为20~65%的有机物，所述有机物为沥青、酚醛树脂、多羟基醇中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用多组分硅碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

B1、将纳米硅、碳质导电剂以及无定形碳前驱体均匀分散于溶剂中，得到浆料；

B2、在120~300℃的惰性气氛下，将上述浆料烘干成粉粒，而后压制成块料；

B3、在惰性气氛下，低温热处理上述块料，而后经破碎、分级制得粒度在5~20μm的粉体；

B4、将上述粉体与致密热解碳的前驱体混合，在惰性气氛下以0.5~2℃/min的升温速度升温至750~950℃进行碳化处理，然后筛分得到筛分料，再将筛分料与疏松热解碳的前驱体混合，在惰性气氛下以5~20℃/min的升温速度升温至650~950℃进行碳化处理，筛分后即得到目标产物。

3.如权利要求2所述的一种锂离子电池用多组分硅碳材料的制备方法，其特征在于：步骤B1中，所述纳米硅、碳质导电剂、无定形碳前驱体的质量比为100：（1~20）：（50~300）。

4.如权利要求2所述的一种锂离子电池用多组分硅碳材料的制备方法，其特征在于：步骤B1中，所述溶剂为烷基醇，包括甲醇、乙醇、异丙醇。

5.如权利要求2所述的一种锂离子电池用多组分硅碳材料的制备方法，其特征在于：步骤B1中，所述浆料的固含量为8~20%。

6.如权利要求2所述的一种锂离子电池用多组分硅碳材料的制备方法，其特征在于：所述惰性气氛为氩气、氮气中的一种或两种。

7.如权利要求2所述的一种锂离子电池用多组分硅碳材料的制备方法，其特征在于：步骤B2中，所述烘干工艺为沸腾干燥、真空干燥、闪蒸干燥、喷雾干燥、红外干燥、微波干燥中的一种或多种，所述压制工艺为模压或等静压，压力范围为0~300MPa且不包括0MPa与300MPa，压成的块料尺寸≤200mm。

8.如权利要求2所述的一种锂离子电池用多组分硅碳材料的制备方法，其特征在于：步骤B3中，所述低温热处理的温度为450~600℃。

9.如权利要求2所述的一种锂离子电池用多组分硅碳材料的制备方法，其特征在于：步骤B4中，将上述粉体与致密热解碳的前驱体混合，进行第一次包覆，所述第一次包覆的比例为2~20%；将筛分料与疏松热解碳的前驱体混合，进行第二步包覆，所述第二步包覆的比例为1~6%。