[发明专利]一种三维多孔硅碳复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种三维多孔硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将氧化亚硅与碱金属碳酸盐分散于溶剂中，得到含氧化亚硅和碱金属碳酸盐的混合液；

(2)将细菌纤维素膜浸渍于含氧化亚硅和碱金属碳酸盐的混合液中，浸渍完成后干燥；

(3)将步骤(2)干燥得到的产物在非氧化性气氛下加热处理，然后自然冷却至室温；

(4)将步骤(3)得到的产物分散到溶剂中，分离得到固态的产物；

(5)将步骤(4)得到的产物清洗后进行干燥，即得。

2.根据权利要求1所述的三维多孔硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，氧化亚硅与碱金属碳酸盐的摩尔比为1:0.5-1；

可选地，所述步骤(1)的混合液中，氧化亚硅和碱金属碳酸盐的总质量浓度为1-30％；

可选地，氧化亚硅的中值粒径为1-10μm。

3.根据权利要求1所述的三维多孔硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述细菌纤维素膜的厚度为0.5-3mm，浸渍时间为0.5-3h。

4.根据权利要求1所述的三维多孔硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述细菌纤维素的质量是步骤(1)中氧化亚硅的质量的1-10倍。

5.根据权利要求1所述的三维多孔硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述碱金属碳酸盐为碳酸锂、碳酸钠或碳酸钾的一种或多种，优选碳酸钠。

6.根据权利要求1所述的三维多孔硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)的加热处理的温度为600-1100℃，时间为2-10h；

可选地，所述步骤(4)的分离方法为抽滤、离心、压滤或过滤中的一种；

可选地，干燥的方法为真空干燥或者在保护气氛进行干燥、超临界干燥、冷冻干燥中一种。

7.根据权利要求1所述的三维多孔硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的分散方法为搅拌、超声或球磨中任一种；

可选地，所述非氧化气氛包括氮气、氩气或氦气中的任一种。

8.一种三维多孔硅碳复合材料，其特征在于，根据权利要求1-7任一项所述的制备方法获得。

9.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的负极材料包含权利要求8所述的三维多孔硅碳复合材料。

10.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，以所述的三维多孔硅碳复合材料为活性材料，将活性材料、粘结剂、导电剂按照质量比8：1：1混合均匀、配制成浆料，然后将涂布于铜箔上，在120℃下真空干燥12h后辊压制成负极极片，以金属锂片为对电极，电解液为溶解有LiPF₆的碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯的混合溶剂，并添加电解液总质量5％的氟代碳酸乙烯酯，其中LiPF₆为1mol/L、碳酸乙烯酯：碳酸二甲酯的体积比1:1，在氩气氛中组装成扣式电池，在充放电电压范围为0.01-2.0V时，测试得到的首次效率≥85％，循环100周后的容量保持率≥90％。