[发明专利]硅碳复合材料及其制备方法、负极、动力电池和电动汽车

权利要求书

1.一种硅碳复合材料，其特征在于，包括：

外壳层，所述外壳层的材料包括第一纳米碳材料，所述外壳层内部限定出容纳空间；

核壳结构微球，所述核壳结构微球位于所述容纳空间中，并具有核芯和壳层，所述壳层包覆所述核芯，其中，所述核芯包括纳米硅颗粒，所述壳层包括无定形碳；

第二纳米碳材料，所述第二纳米碳材料呈线状，一部分所述第二纳米碳材料位于所述容纳空间中，另一部分所述第二纳米碳材料穿设在所述外壳层中。

2.根据权利要求1所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述第一纳米碳材料呈片状，所述外壳层由所述第一纳米碳材料卷曲形成。

3.根据权利要求1所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述第一纳米碳材料包括还原型氧化石墨烯；所述第二纳米碳材料包括碳纳米管，

任选地，在所述硅碳复合材料中，所述核壳结构微球、所述外壳层和所述第二纳米碳材料的质量比为(78.4～98.4)：(4.9～14.9)：(0.7～2.7)。

4.根据权利要求1所述的硅碳复合材料，其特征在于，在所述核壳结构微球中，所述核芯和所述壳层的质量比为(0.5～1.5)：(0.5～1.5)，

任选地，所述硅碳复合材料的粒径为500nm～3μm，

任选地，所述纳米硅颗粒的粒径为20nm～40nm。

5.一种制备权利要求1～4中任一项所述的硅碳复合材料的方法，其特征在于，包括：

将用于形成第一纳米碳材料的第一碳源、第二纳米碳材料与第一溶剂混合，得到第一分散液；

将纳米硅颗粒、用于形成无定形碳的第二碳源与第二溶剂混合，得到第二分散液；

将所述第一分散液与所述第二分散液混合，得到第三分散液；

将所述第三分散液进行喷雾干燥处理，得到预制物；

将所述预制物进行煅烧处理，以便得到所述硅碳复合材料。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一碳源包括氧化石墨烯；所述第二碳源包括聚乙烯吡咯烷酮、蔗糖、葡萄糖、聚乙烯醇、多巴胺以及聚苯胺中的至少一种，优选为聚乙烯吡咯烷酮，

任选地，所述第一碳源和所述第二纳米碳材料的质量比为1：(0.08～0.17)，

任选地，所述纳米硅颗粒和所述第二碳源的质量比为1：(6～8)。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述喷雾干燥处理满足以下条件的至少之一：

进风口温度为180℃～220℃；

风速为0.2m³/min～0.6m³/min；

蠕动泵速度为0.4L/min～0.8L/min；

射流器在100s～150s内自动疏通；

喷雾气体流量为5NL/min～20NL/min，

任选地，所述煅烧处理满足以下条件的至少之一：

所述煅烧处理是在含有还原性气体的气氛下进行的，优选所述还原性气体为氢气，所述氢气在所述气氛中的体积分数为3％～5％；

气体流量为0.05mL/min～0.2mL/min；

升温速率为3℃/min～8℃/min；

温度为600℃～800℃；

时间为30min～120min。

8.一种负极，其特征在于，包括权利要求1～4中任一项所述的硅碳复合材料。

9.一种动力电池，其特征在于，包括权利要求8所述的负极。

10.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求9所述的动力电池。