[发明专利]一种硅基合金碳复合负极材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种硅基合金碳复合负极材料及其制备方法和应用，其特征在于所述复合材料为核壳结构，内核由聚合物包覆的石墨及负载在聚合物表面的纳米硅基合金构成，外壳为裂解碳层。

2.根据权利要求1所述的硅基合金碳复合负极材料，其特征在于所述复合材料含石墨50-80 wt%，硅基合金10-30 wt%，无定形碳5-20 wt%；复合材料中值粒径为10-30μm，优选为15-25μm；振实密度为0.7-1.1 g/cm³，优选为0.8-1.0 g/cm³。

3.根据权利要求1所述的硅基合金碳复合负极材料，其特征在于所述石墨为天然石墨或人造石墨，形状为球形，中值粒径为5-25μm，优选为中值粒径10-22μm的天然球形石墨；所述聚合物为聚多巴胺；所述裂解碳为沥青、葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、羧甲基纤维素钠、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或至少两种，优选为葡萄糖、柠檬酸。

4.根据权利要求1所述的硅基合金碳复合负极材料，其特征在于所述硅基合金为晶态或非晶态的纳米Si-M，其中M是铁、铜中的一种，金属元素在硅基合金中的占比为10-50wt%。

5.一种硅基合金碳复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将市售微米级硅基合金通过分级破碎进行纳米化，制备纳米硅基合金(Nano Si-M)；

（2）将球形石墨(SG)放到含有盐酸多巴胺的溶液中，多巴胺通过自聚合反应生成聚多巴胺(PDA)沉积在球形石墨表面，得到聚多巴胺包覆的球形石墨(SG@PDA)；

（3）将步骤(1)所得Nano Si-M与步骤(2)所得SG@PDA搅拌混合，得到石墨、聚多巴胺、纳米硅基合金复合材料(SG@PDA@Si-M)；

（4）将步骤(3)所得SG@PDA@Si-M进行碳包覆，烧结、筛分后得到硅基合金复合负极材料(SG@C@Si-M@C)。

6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于步骤(1)中分级破碎为先用球磨机将颗粒破碎成亚微米级，再用砂磨机破碎成纳米级；球料质量比为5：1-20：1，优选为10：1，球磨机转速为200-400 rpm，优选为350 rpm，球磨时间为1-5 h；砂磨机转速为1800-2500 rpm，优选为2000-2300 rpm，砂磨时间是1-8 h，优选为3-5 h，砂磨溶剂是乙醇或异丙醇中的一种，制备的纳米硅基合金尺寸为30-500 nm，优选为50-200 nm。

7.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于步骤(2)中SG@PDA的制备环境为pH=8.5的Tris-HCl缓冲溶液，搅拌时间为10-30 h，优选为12-24 h，其中Tris为三羟甲基氨基甲烷，多巴胺的浓度为2-20 g/L，优选为5-15 g/L。

8.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于步骤(3)中混合方法为湿法混合，溶剂为无水乙醇或去离子水，搅拌方式为磁力搅拌，搅拌时间为1-5 h，优选为2-4 h。

9. 根据权利要求5所述制备方法，其特征在于步骤(4)中采用的碳包覆方法为湿法包覆，溶剂为无水乙醇或去离子水；烧结气氛为N₂或Ar中的一种，温度为300-800℃，优选为400-600℃，保温时间为2-4 h。

10.由权利要求1-9中任意一项方法制得的硅碳复合材料。

11.包括权利要求10所述的锂离子电池负极。