[发明专利]硅‑氧化硅‑碳复合材料、锂离子二次电池负极材料、其制备方法和应用

权利要求书

1.一种硅―氧化硅―碳复合材料，其特征在于：所述的硅-氧化硅-碳复合材料沿球径方向依次包括硬碳颗粒和第二无定形碳层；所述的硬碳颗粒的内部分散有第一无定形碳层包覆的一次颗粒，所述的一次颗粒为氧化硅颗粒、且内部分散有单质硅颗粒；所述的硅―氧化硅―碳复合材料的粒径为3μm～20μm；所述的硬碳颗粒的粒径为2μm～19.8μm；所述的单质硅颗粒的粒径D50为5nm～30nm；所述的氧化硅颗粒的粒径D50为100nm～1μm；所述的第一无定形碳层的厚度为10nm～100nm；所述的第二无定形碳层的厚度为10nm～100nm；所述的厚度均为球径厚度。

2.如权利要求1所述的硅―氧化硅―碳复合材料，其特征在于：所述的硅―氧化硅―碳复合材料的总碳质量含量为5％～20％；所述的单质硅颗粒在硅―氧化硅―碳复合材料中的质量百分比为2％～15％。

3.如权利要求1或2所述的硅―氧化硅―碳复合材料的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：

步骤1：在非氧化性气体的保护下，将处于流化状态的亚微米级的SiO_X粉体与有机碳源进行化学气相沉积反应、同时发生歧化反应，即得到第一无定形碳层包覆的一次颗粒；所述的有机碳源为裂解获得无定形碳的有机碳源；所述的SiO_X粉体中X满足0.5＜X≤1；

步骤2：在溶剂中，将步骤1中制得的第一无定形碳层包覆的一次颗粒与热塑性树脂进行固化聚合反应，再低温预焙烧，热解、同时发生歧化反应，然后分级，即得到硬碳颗粒；

步骤3：将步骤2中制得的硬碳颗粒在流化状态下与有机碳源进行化学气相沉积反应，即得到第二无定形碳层包覆的硬碳颗粒即可；所述的有机碳源如步骤1中所述。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述的SiO_X粉体的粒径为100nm～1μm；所述的SiO_X粉体中X为0.7＜X＜0.9；步骤3中，在得到第二无定形碳层包覆的硬碳颗粒之后，还包括分级处理的步骤。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述的分级处理采用分流式超微粉气流分级机、多级气流分级机或逆流式气流分级机。

6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤1和步骤3中，所述的化学气相沉积反应和歧化反应的温度均为700℃～1100℃；在所述的化学气相沉积反应结束后反应器自然降温至室温；所述的化学气相沉积反应和歧化反应的时间均为2小时～6小时。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤1和步骤3中，所述的化学气相沉积反应和歧化反应的温度为以2℃/min～10℃/min的速度升温至700℃～1100℃；所述的化学气相沉积反应和歧化反应的反应终点以电阻率值确定，其中，所述的电阻率值为0.2Ωmm～10Ωmm；所述的电阻率值通过四探针法测试。

8.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤1中和步骤3中，所述的非氧化性气体为惰性气体和/或氢气；所述惰性气体为氮气、氦气、氩气、氪气和氙气中的一种或多种；所述的非氧化性气体的流量为0.01NL/M～0.3NL/M；所述的裂解获得无定形碳的有机碳源为甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、苯和甲苯中的一种或多种；所述的有机碳源与非氧化性气体的流量比为(1：1)～(1：6)。

9.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤2中，所述的溶剂为环己烷、乙醇、洗油、喹啉、甲苯和二甲苯中的一种或多种。

10.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤2中，所述的热塑性树脂为碳链聚合物树脂和/或杂链聚合物树脂；所述的步骤1中制得的第一无定形碳层包覆的一次颗粒与所述的热塑性树脂的质量比为(19:1)～(4:1)。

11.如权利要求10所述的制备方法，其特征在于：步骤2中，所述的热塑性树脂为聚氯乙烯、丙烯酸树脂、聚碳酸酯、环氧树脂、酚醛树脂、糠醇和聚甲醛中的一种或多种。

12.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤2中，所述的固化聚合反应添加固化剂；所述固化剂为六次甲基四胺、己二胺、间苯二胺、苯胺甲醛树脂、邻苯二甲酸酐、苯磺酸和对甲苯磺酸中的一种或多种；所述的固化剂的质量百分比为1％～30％，所述的质量百分比为固化剂占热塑性树脂总量的质量百分比。