[发明专利]一种硅碳负极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种硅碳负极材料，其特征在于，所述硅碳负极材料包括由纳米硅和导电高分子材料制得的表面包覆导电碳膜的纳米硅材料，将所述包覆导电碳膜的纳米硅材料均匀的分布在球状石墨的内部和表面以及石墨烯表面上，形成纳米硅/石墨/石墨烯结构，所述纳米硅/石墨/石墨烯结构上再均匀包覆两层有机碳源，即得到硅碳负极材料。

2.根据权利要求1所述的一种硅碳负极材料，其特征在于：所述纳米硅与导电高分子材料的质量比为(25％～30％)：(2％～10％)，所述纳米硅为硅球形颗粒、硅片状结构和硅线状结构中的至少一种；所述硅球形颗粒粒径小于300nm，纳米硅片的长度小于6μm，纳米硅线的直径小于200nm；所述导电高分子材料为聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和聚苯乙炔中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种硅碳负极材料，其特征在于：所述石墨烯粒径为500nm～15μm，质量比占比为1％～6％；所述球状石墨为人造石墨，粒径大小为6～20μm，质量比占比为30％～45％。

4.根据权利要求1所述的一种硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：所述有机碳源的粒径小于50μm，质量比占比为20％～35％；所述有机碳源为柠檬酸、沥青、酚醛树脂、蔗糖和葡萄糖中的至少一种。

5.一种硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，将纳米硅与导电高分子材料分散在有机溶剂中，去除有机溶剂，得到表面包覆导电碳膜的纳米硅材料；

步骤2，将在步骤1中得到的纳米硅材料和石墨烯、球状石墨和分散剂加入球磨罐中，进行球磨，得到第一混合浆料，对第一混合浆料进行第一次喷雾干燥处理，得到第一前驱体材料；

步骤3，将步骤2中得到的第一前驱体材料与有机碳源在有机溶剂中混合均匀，得到第二混合浆料，将第二混合浆料进行第二次喷雾干燥处理，再进行低温焙烧处理，得到第二前驱体材料；

步骤4，将步骤3中得到的第二前驱体材料再次与有机碳源在有机溶剂中混合均匀，得到第三混合浆料，对第三混合浆料进行第三次喷雾干燥处理，得到第三前驱体材料；

步骤5，对步骤4中得到的第三前驱体进行高温碳化处理，即得到硅碳复合负极材料。

6.根据权利要求5所述的一种硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤5中，步骤4中得到的第三前驱体进行低温焙烧处理至有机物完全熔融后，再进行高温碳化处理，即得到硅碳复合负极材料。

7.根据权利要求5所述的一种硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，采用旋转蒸发仪减压除去有机溶剂，所述旋转蒸发仪的蒸发温度为70～120℃。

8.根据权利要求5所述的一种硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、葡萄糖、海藻酸钠、聚乙二醇、聚乙烯亚胺和羧甲基纤维素钠中至少一种，所述分散剂质量比占比为1％～5％；所述球磨的固含量为20％～50％，球料比为12～6:1，转速为300rpm～1000rpm，球磨时间为60min～300min。

9.根据权利要求5所述的一种硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2、所述步骤3和所述步骤4中，所述喷雾干燥处理的进口温度为100～200℃，出口温度为60～150℃；所述喷雾干燥处理的进料流速为6～20mL/min。

10.根据权利要求5或6所述的一种硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述低温焙烧处理的温度为200～480℃，升温速率为2～5℃/min，当升温到指定温度后进行保温，保温时间为1～5h；所述高温碳化处理的温度为800～950℃，升温速率为5～10℃/min，当升温到指定温度后进行保温，保温时间为1～5h；整个焙烧过程处于惰性气体的保护气氛中。