[发明专利]一种硬炭-硅碳复合材料及其制备方法与锂离子电池

权利要求书

1.一种硬炭-硅碳复合材料，其特征在于，所述硬炭-硅碳复合材料的结构包括以石墨为骨架，硬炭包裹纳米硅，软炭包覆所述石墨与所述硬炭，所述石墨与所述硬炭通过所述软炭连接。

2.一种锂离子电池，其特征在于，包括电池负极，所述电池负极包括集流体和负载在所述集流体上的负极材料，所述负极材料包括负极活性物质、负极粘结剂与导电组分，所述负极活性物质包括上述权利要求1所述的硬炭-硅碳复合材料。

3.根据权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极活性物质与所述负极材料的质量比在60～85％范围内。

4.一种硬炭-硅碳复合材料的制备方法，用于制备上述权利要求1所述的硬炭-硅碳复合材料，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、制备硅碳前驱体：将可溶性高分子材料和分散剂溶解在溶剂中形成混合液A，将纳米硅加入至所述混合液A中，分散形成悬浮液B，在惰性气氛条件下除去溶剂，得到二次结构纳米硅-可溶性高分子材料混合物粉末C；

步骤S2、前驱体缩聚炭化：将所述混合物粉末C在惰性气氛条件下加热至100～400℃范围内，炭化后得到粉末D；

步骤S3、复合材料制备：将所述粉末D与石墨和沥青混合均匀，所述沥青的软化点在220～280℃范围内，得到混合物粉末E；

步骤S4、第二次炭化：将所述混合物粉末E加入高温包覆反应釜，在惰性气氛条件下搅拌并加热至400～1000℃范围内，炭化后得到粉末F；

步骤S5、后续炭化：将所述粉末F进行后续炭化，将所述粉末F加入到连续炭化炉中，在惰性气氛的条件下加热至800～1100℃范围内，得到粉末G；

步骤S6、将所述粉末G进行筛分，得到硬炭-硅碳复合材料。

5.根据权利要求4所述的硬炭-硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，分散形成悬浮液B后，在惰性气氛条件下通过喷雾干燥的方式除去溶剂。

6.根据权利要求4所述的硬炭-硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述可溶性高分子材料包括蔗糖、果糖、小麦淀粉、玉米淀粉、土豆淀粉、木薯淀粉与大米淀粉的一种或多种组合；

所述分散剂包括非离子型表面活性剂；

所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二乙基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、水和醇的一种或几种组合。

7.根据权利要求4所述的硬炭-硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述纳米硅的粒径在0.1-100纳米范围内，所述纳米硅与所述悬浮液B的质量比在0.5～20％范围内；

所述可溶性高分子材料与所述悬浮液B的质量比在5～40％范围内；

所述分散剂与所述悬浮液B的质量比在0.5～2％范围内。

8.根据权利要求4所述的硬炭-硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述石墨包括天然石墨、鳞片石墨、球化石墨、人造石墨与中间相碳微球的一种或多种组合；

所述沥青包括煤沥青、石油沥青与中间相沥青的一种或多种组合，所述沥青的粒度在1～30μm范围内；

所述石墨、所述沥青、与所述粉末D混匀时的质量比在100：(5～10)：(10～40)范围内。

9.根据权利要求4所述的硬炭-硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，将所述混合物粉末C在惰性气氛条件下加热至100～400℃范围内的升温速率在1～10℃/min范围内，炭化时间在10～20h范围内。

10.根据权利要求4所述的硬炭-硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，将所述混合物粉末E在惰性气氛条件下加热至400～1000℃范围内的升温速率在1～10℃/min范围内，炭化时间在10～20h范围内。