[发明专利]高硅含量碳硅夹心材料及其制备方法和在锂离子电池中的应用

权利要求书

1.一种高硅含量碳硅夹心材料，其特征在于，所述碳硅夹心材料具有多层紧密的夹心结构，主要由纳米硅、石墨材料和非石墨导电碳层材料组成；所述石墨材料呈多层层状结构，分隔并包围所述纳米硅，所述非石墨导电碳层材料粘结并包覆纳米硅和石墨材料；所述碳硅夹心材料中纳米硅的重量百分数为20～80％。

2.如权利要求1所述的高硅含量碳硅夹心材料，其特征在于，所述碳硅夹心材料的平均颗粒尺寸在1～60μm。

3.如权利要求1所述的高硅含量碳硅夹心材料，其特征在于，所述碳硅夹心材料中石墨材料的重量百分数为10～70％，非石墨导电碳层材料的重量百分数为5～50％。

4.如权利要求1所述的高硅含量碳硅夹心材料，其特征在于，所述碳硅夹心材料的比容量为750～2400mAh/g。

5.如权利要求1所述的高硅含量碳硅夹心材料，其特征在于，所述纳米硅为硅纳米线和/或纳米颗粒；所述硅纳米线直径为20～500nm，长度为0.5～60μm；所述硅纳米颗粒平均直径为20～500nm。

6.如权利要求1所述的高硅含量碳硅夹心材料，其特征在于，所述石墨材料为片状石墨、块状石墨或类球状石墨；所述片状石墨厚度尺寸为0.01～10μm，平面方向尺寸为1～40μm；所述块状石墨或类球状石墨颗粒尺寸为0.01～40μm。

7.如权利要求1所述的高硅含量碳硅夹心材料，其特征在于，所述非石墨导电碳层材料包括裂解碳、碳纳米管、石墨烯、碳纤维、导电炭黑中的一种或几种的混合物。

8.一种如权利要求1～7中任一项所述的高硅含量碳硅夹心材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1、将纳米硅、石墨材料和非石墨导电碳层材料混合；

S2、对混合物进行挤压或碾压，使石墨材料分隔并包围纳米硅形成紧密的多层叠加的夹心结构；

S3、在200～1200℃惰性气氛下进行第一次烧结0.1～2h；烧结后的混合物粉碎，得到1-60μm的具有石墨、硅夹心结构的前驱体颗粒，即碳硅夹心材料前驱体；

S4、将所述碳硅夹心材料前驱体与非石墨导电碳层材料混合均匀，在800～1200℃惰性气氛下第二次烧结0.1～2h；烧结物破碎，得到平均颗粒尺寸为1-60μm的碳硅夹心材料颗粒。

9.如权利要求8所述的高硅含量碳硅夹心材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，以占所述纳米硅、石墨材料和非石墨导电碳层材料的总重的质量百分比含量计，所述纳米硅、石墨材料和非石墨导电碳层材料的用量分别为20～80％，10～70％，5～70％；步骤S4中，以占所述碳硅夹心材料前驱体与非石墨导电碳层材料的总重的质量百分比含量计，所述碳硅夹心材料前驱体与非石墨导电碳层材料的用量分别为60～98％，2～40％。

10.如权利要求8所述的高硅含量碳硅夹心材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述挤压或碾压是在室温下进行，压强为1～60ton/cm²，压制密度为1.1～2.0g/cm³。

11.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的负极含有如权利要求1～7中任一项所述的高硅含量碳硅夹心材料。

12.如权利要求11所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的负极活性材料为所述高硅含量碳硅夹心材料，其比容量为750～2400mAh/g；所述锂离子电池的负极活性材料为所述高硅含量碳硅夹心材料和商业石墨负极材料的混合物，其比容量为400～1200mAh/g。