[发明专利]硅-碳多元复合负极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种硅-碳多元复合负极材料，其特征在于：所述硅-碳多元复合负极材料主要由柔性石墨、纳米硅和无定型碳组成，其中，柔性石墨、纳米硅和无定型碳在硅-碳多元复合负极材料中所占的质量分数分别为：30％～60％、30％～50％和10％～30％；且所述无定型碳主要是有机碳源经过高温热解后得到，所述柔性石墨主要是膨胀石墨经施压后获得。

2.一种如权利要求1所述的硅-碳多元复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将一氧化硅与膨胀石墨加入到含有有机碳源的溶剂中，分散，通过高温热解法制得膨胀石墨/硅-二氧化硅/碳复合负极材料；

(2)将上述制得的膨胀石墨/硅-二氧化硅/碳复合负极材料倒入模具中施压，得到一定密度的柔性石墨/硅-二氧化硅/碳复合负极材料；

(3)利用腐蚀液刻蚀处理上述制得的柔性石墨/硅-二氧化硅/碳复合负极材料中的二氧化硅，得到柔性石墨/硅/碳复合负极材料；

(4)在保护性气氛中，先低温热处理上述步骤得到的柔性石墨/硅/碳复合负极材料，然后使用沥青渗透到所述柔性石墨/硅/碳复合负极材料的空隙内部，与所述柔性石墨/硅/碳复合负极材料进行混合填充，再进行高温热处理，反复进行前述的渗透-混合填充-高温热处理的步骤多次，直至得到密实的硅/碳多元复合负极材料。

3.根据权利要求2所述的硅-碳多元复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述膨胀石墨主要是利用酸和盐处理石墨制备多孔石墨，然后在保护性气氛中经高温处理后得到。

4.根据权利要求3所述的硅-碳多元复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述膨胀石墨的制备具体包括以下步骤：将重铬酸钾溶于浓硫酸中，并加入去离子水，再加入石墨，充分搅拌后离心，然后洗涤至洗涤液的pH值为中性；所述重铬酸钾与浓硫酸的质量比控制为1∶5～1∶27；所述去离子水与重铬酸钾溶于浓硫酸后混合溶液的质量比为1∶8～1∶40；所述石墨与重铬酸钾、浓硫酸和去离子水三者混合溶液的质量比控制为1∶15～1∶60；充分搅拌的时间为1h～6h，搅拌温度为30℃～60℃；再将制备得到的多孔石墨进行干燥，最后在氩气或氮气的保护性气氛中、600℃～900℃温度下保温0.1h～2h，即得膨胀石墨。

5.根据权利要求2、3或4所述的硅-碳多元复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述有机碳源包括酚醛树脂、密胺树脂、过氯乙烯中的一种或多种；所述分散过程加入有分散剂，所述分散剂包括聚乙二醇、丙二醇、聚醋酸乙烯酯、N-N二甲基乙酰胺中的至少一种，分散方法为机械搅拌、磁力搅拌或者超声分散中的至少一种；所述溶剂为四氢呋喃、无水乙醇中的至少一种。

6.根据权利要求2、3或4所述的硅-碳多元复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述高温热解法为流变相-热解法或喷雾干燥-热解法，所述高温热解法的高温恒温温度为600℃～900℃；所述高温热解法是在氩气或氮气气氛中进行。

7.根据权利要求2、3或4所述的硅-碳多元复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述模具中施压的压强控制为1.7MPa～170MPa。

8.根据权利要求2、3或4所述的硅-碳多元复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述腐蚀液为氢氟酸溶液、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液中的至少一种；所述腐蚀液的质量分数为5wt％～20wt％；所述柔性石墨/硅-二氧化硅/碳复合负极材料与腐蚀液的质量比控制为1∶5～1∶40。

9.根据权利要求2、3或4所述的硅-碳多元复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，每次渗透时，沥青的加入量控制为所述柔性石墨/硅/碳复合负极材料1/75～1/25。

10.根据权利要求2、3或4所述的硅-碳多元复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述高温热处理包括两个阶段，第一阶段是指在120℃～300℃温度下保温0.5h～5h，第二阶段是指在500℃～1000℃温度下保温0.5h～20h；所述保护性气氛为氩气或氮气气氛。