[发明专利]一种硅碳复合负极材料及制备方法及应用

权利要求书

1.一种硅碳复合负极材料，其特征在于，包括多孔炭、纳米硅和包覆层；

以多孔炭为基体，纳米硅分布在多孔炭的孔径之中，组成多孔炭/硅复合材料，包覆层包覆在多孔炭/硅复合材料外层；

其中，外层包覆层为碳层或金属氧化物层。

2.根据权利要求1所述的一种硅碳复合负极材料，其特征在于，所述多孔炭的孔径分布在2nm～50nm，其密度在0.1g/cm³～1.2g/cm³，所述多孔炭为石墨基多孔炭、生物质基多孔炭、沥青基多孔炭或树脂基多孔炭。

3.权利要求1～2任意一项所述的一种硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将多孔炭与纳米硅进行复合，制得多孔炭/硅复合材料，

步骤2：将所得多孔炭/硅复合材料进行外层的包覆，制得本发明所述碳硅复合负极材料。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，多孔炭与纳米硅通过气相进行复合，其具体操作包括：在惰性气体的保护气氛中，以硅烷为硅源气体，通过加热保温处理，对多孔炭进行复合，得到多孔炭/硅复合材料；

其中，加热温度为500℃～900℃，保温时间为1h～24h；

在加热保温处理过程中，通入还原性气体，实现对纳米硅的尺度和晶型的调节。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，多孔炭与纳米硅通过液相浸渍进行复合，其具体操作包括：

将纳米硅均匀分散入乙醇中，得到混合体系，再将多孔炭浸渍在所得混合体系中，进行浸渍处理，浸渍处理结束后经固液分离，得到多孔炭/硅复合材料；

其中，浸渍处理的时间为1h～12h。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，多孔炭与纳米硅通过固相混合的方式进行复合，其具体操作包括：将多孔炭、纳米硅通过球磨混合，球磨1h～12h后使纳米硅分散于多孔炭的孔隙之中。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所得多孔炭/硅复合材料采用化学气相沉积包覆，其操作参数包括：热解碳源为乙炔、甲烷、苯、乙烯、丙烯、丙烷中至少一种，热解温度在700℃～900℃。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所得多孔炭/硅复合材料采用液相包覆，其具体操作包括：先将多孔炭/硅复合材料浸渍入含有金属氧化物溶液、金属氧化物前驱体溶液、沥青溶液或树脂溶液中，再通过固液分离、高温热处理进行包覆；

其中，金属氧化物、金属氧化物前驱体、沥青或树脂，与多孔炭/硅复合材料的质量比均为1～20:100；

其中，金属氧化物为氧化钛、氧化锆、氧化锌或氧化锡；金属氧化物前驱体为钛酸四丁酯或四氯化锡；沥青为石油沥青或煤沥青；树脂为酚醛树脂或密胺树脂；

其中，金属氧化物的溶液通过乙醇或水配制而成，质量浓度为1％～10％；沥青、树脂的溶液通过乙醇配制而成，质量浓度为1％～10％。

9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所得多孔炭/硅复合材料采用固相包覆，其具体操作包括：是指将多孔炭/硅复合材料与沥青或树脂等通过球磨等物理混合后，再进行高温热处理；

其中，多孔炭/硅复合材料与沥青或树脂的质量比通常为(100：1)～20，球磨时间为1～24h，热处理温度为500～900℃；

其中，沥青为石油沥青或煤沥青；树脂为酚醛树脂或密胺树脂。

10.权利要求1～2中任意一项所述硅碳复合负极材料或采用权利要求3～9任一项所述制备方法制得的硅碳复合负极材料在锂离子电池中的应用。