[发明专利]一种碳硅负极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种碳硅负极材料，其特征在于：所述碳硅负极材料为具有核部和壳部的核壳结构，所述核部为负载有纳米硅的多孔碳材料，所述壳部为包覆所述核部的导电碳层，所述导电碳层中包含有导电剂和由有机裂解碳源裂解形成的有机裂解碳。

2.根据权利要求1所述的碳硅负极材料，其特征在于：所述多孔碳材料的粒径为1μm～20μm，孔隙率为20％～60％；所述导电碳层的厚度为0.01μm～1μm。

3.根据权利要求1所述的碳硅负极材料，其特征在于：所述多孔碳材料为多孔人造石墨、多孔天然石墨、多孔硬碳、多孔软碳和多孔中间相碳微球中的至少一种；所述有机裂解碳源为沥青、酚醛树脂、糠醛树脂、环氧树脂、葡萄糖和蔗糖中的至少一种；所述导电剂为乙炔黑、石墨烯、碳纳米管、纳米碳纤维、纳米活性炭和石墨导电剂中的至少一种。

4.根据权利要求1～3任一所述的碳硅负极材料，其特征在于：在所述碳硅负极材料中，所述多孔石墨的含量为20wt％～80wt％，所述纳米硅的含量为5wt％～50wt％，所述导电碳层的含量为10wt％～40wt％。

5.一种碳硅负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、使用有机硅溶液浸润多孔碳材料，并加入醇或水反应，反应后对产物进行烘干，得到负载有纳米二氧化硅的多孔碳材料的第一前驱体；

S2、将所述第一前驱体与还原剂混合，在保护气氛下进行第一次煅烧，得到负载有纳米硅的多孔碳材料的第二前驱体；

S3、将所述第二前驱体与有机裂解碳源和导电剂混合，在惰性气体保护下进行第二次煅烧，形成包覆于所述第二前驱体的表面的导电碳层，得到所述碳硅负极材料。

6.根据权利要求5所述的碳硅负极材料的制备方法，其特征在于：

所述有机硅溶液的溶质体积浓度为10％～100％，其中，所述有机硅溶液的溶质为卤代硅烷和/或正硅酸乙酯，所述有机硅溶液的溶剂为正己烷、正庚烷、正戊烷、苯中的至少一种；

所述多孔碳材料为多孔人造石墨、多孔天然石墨、多孔硬碳、多孔软碳、多孔中间相碳微球中的至少一种；

所述还原剂为碳粉、镁粉、铝粉的至少一种；

所述保护气氛为氩气或氩气与氢气的混合气；

所述有机裂解碳源为沥青、酚醛树脂、糠醛树脂、环氧树脂、葡萄糖、蔗糖中的至少一种；

所述导电剂为乙炔黑、石墨烯、碳纳米管、纳米碳纤维、纳米活性炭、石墨导电剂中的至少一种。

7.根据权利要求5所述的碳硅负极材料的制备方法，其特征在于：

所述多孔碳材料的粒径为1μm～20μm，孔隙率为20％～60％；

所述保护气氛为氩气与氢气的混合气，其中，氢气的体积浓度在10％以下；

所述有机裂解碳源的中值粒径为1μm～5μm；

所述导电剂的中值粒径为50nm～100nm。

8.根据权利要求5所述的碳硅负极材料的制备方法，其特征在于：

所述第二前驱体与所述导电剂的质量比为100:0.1～100:0.5；

所述第二前驱体与所述有机裂解碳源的质量比为1:0.1～1:0.6。

9.根据权利要求5～8任一所述的碳硅负极材料的制备方法，其特征在于：

所述步骤S1具体包括：使用所述有机硅溶液浸润所述多孔碳材料，并加入醇或水反应，反应后将所述产物依次在5℃～100℃条件下、100℃～200℃条件下进行加热，得到所述第一前驱体；

所述步骤S2具体包括：将所述第一前驱体与所述还原剂混合，在保护气氛、300℃～1700℃条件下进行所述一次煅烧，将生成物依次用酸和水洗涤至pH值为中性，得到所述第二前驱体；

所述步骤S3具体包括：将所述第二前驱体与所述有机裂解碳源、所述导电剂加入到包覆设备中，在惰性气体保护下搅拌混合0.5～1h；然后在500℃～1000℃条件下进行煅烧，得到所述碳硅负极材料。