[发明专利]硅碳复合材料、其制备方法、锂离子电池用硅基负极及锂离子电池

权利要求书

1.一种硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

步骤S1，将硅粉、表面活性剂和第一有机溶剂混合，得到硅粉分散液；

步骤S2，对所述硅粉分散液进行干燥，得到硅源前驱体；

步骤S3，将所述硅源前驱体、聚丙烯腈和第二有机溶剂混合，得到混合纺丝浆液；

步骤S4，对所述混合纺丝浆液进行静电纺丝，得到硅碳纤维前驱体；

步骤S5，对所述硅碳纤维前驱体进行碳化，得到所述硅碳复合材料，

其中，所述表面活性剂为硅烷偶联剂、聚丙烯吡咯烷酮、四氯乙烯组成的组中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂与所述硅粉的质量比为(0.5～5):1，优选为(1～3):1。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅粉分散液的固含量为10％～40％。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅粉的粒径为50～150nm，优选所述步骤S1采用棒销式研磨机实施所述混合，优选所述第一有机溶剂为乙醇、异丙醇、丙醇、丙酮中的任意一种或多种的混合物。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括对所述硅粉分散液进行喷雾干燥，得到所述硅源前驱体。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯腈与所述硅源前驱体的质量比为(2～10):1，优选所述混合纺丝浆液的固含量为2％～30％。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3包括将所述硅源前驱体、所述聚丙烯腈以及第二有机溶剂在超声条件下混合，优选所述第二有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、苯乙烯、三氯乙烯中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，静电纺丝的电压为10～20kv、出料速度为5～15μL/min、接收距离为10～30cm、纺丝过程温度为30～40℃。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5包括：

在碳化气体中，将所述硅碳纤维前驱体升温至碳化温度并保温预定时间以进行所述碳化，所述升温速率为0.1～10℃/min，所述碳化温度为500～1200℃，所述预定时间为1～24h，所述碳化气体为氮气或惰性气氛，优选所述升温速率为1～5℃/min，优选所述碳化气体的流速为5～500mL/min，优选所述碳化温度为600～700℃，所述预定时间为2～6h。

10.一种硅碳复合材料，其特征在于，所述硅碳复合材料采用权利要求1至9中任一项所述的制备方法制备而成，或所述硅碳复合材料包括多孔碳纤维和多孔碳纤维包覆的硅，且硅碳比为5～50:100，优选为10～35:100，比表面积为4～30m²/g，优选为5～15m²/g。

11.一种锂离子电池用硅基负极，包括硅碳复合材料，其特征在于，所述硅碳复合材料为权利要求10所述的硅碳复合材料。

12.一种锂离子电池，包括正极和负极，其特征在于，所述负极为权利要求11所述的锂离子电池用硅基负极。