[发明专利]一种硅碳复合负极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种硅碳复合负极材料，其特征在于，所述复合负极材料由石墨、硅球和沥青碳三种组分构成，所述硅球被包覆在沥青碳壳层中，硅球和碳壳层之间有空腔，其结构用硅球@空腔@沥青碳表示。

2.根据权利要求1所述的硅碳复合负极材料，其特征在于，复合负极材料中石墨和硅球@空腔@沥青碳构成的复合微球均匀分散。

3.根据权利要求1所述的硅碳复合负极材料，其特征在于，以复合负极材料总重量为基准，复合负极材料中各组分的重量百分比为：石墨0～70％，硅球5～20％，沥青碳10～80％。

4.根据权利要求1所述的硅碳复合负极材料，其特征在于，所述石墨为天然鳞片石墨、球形石墨或者人造石墨中的一种或者两种以上任意比例的混合物，沥青碳是以软化点在100～280℃的煤焦油沥青或者石油沥青为原料，在惰性气氛保护下进行碳化处理得到。

5.根据权利要求1所述的硅碳复合负极材料，其特征在于，所述硅球是300nm以下的单质硅颗粒，所述单质硅颗粒为商业纳米硅粉，或者由微米硅粉进过球磨处理得到的粒径在300nm以下的纳米硅粉，或是来自于纳米二氧化硅球经过镁热、铝热或碳高温还原的形式的热还原得到的300nm以下的纳米硅球。

6.根据权利要求1所述的硅碳复合负极材料，其特征在于，所述硅球@空腔@沥青碳空腔的体积是硅球的3～5倍，沥青碳壳层厚度5～100nm，众多硅球@空腔@沥青碳堆积形成微米级复合球，复合球粒径在0.5～5微米。

7.权利要求1-6任一项所述的硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

1)将硅球加入乙醇和水的混合溶液中，超声分散30min以上，然后搅拌均匀，在上述硅球的悬浮液中依次加入氨水和TEOS，反应后，离心，用水和乙醇洗至中性，得到二氧化硅包覆纳米硅的复合球；

2)将复合球分散到溶有聚乙烯吡咯烷酮的有机溶剂中，超声分散30min以上，向该溶液中加入沥青粉末，搅拌溶解；

3)采用喷雾干燥工艺，将2)所得混合溶液喷雾，形成硅球@二氧化硅@沥青球；

4)将步骤3)的硅球@二氧化硅@沥青球经过预氧化处理和惰性气体保护下的碳化处理，与石墨混合，以无水乙醇为溶剂进行高能球磨处理，采用氢氟酸稀溶液浸泡去除二氧化硅包覆层得到空腔结构，最终得到硅球@空腔@沥青碳和石墨粉均匀混合产物。

8.根据权利要求7所述的硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中乙醇和水的比例为任意比例，TEOS的加入量是根据硅球质量的2～20倍的二氧化硅对应的体积换算(1mlTEOS理论可得0.28g二氧化硅)，氨水的质量百分数为25％，且氨水的加入量为总体积的1％-5％，反应时间为2～24h；

所述步骤2)中有机溶剂为氮甲基吡咯烷酮、甲苯、四氢呋喃中的一种或者两种以上任意比例的混合物，沥青粉末的重量根据不同软化点沥青对应的碳收率换算后得到；聚乙烯吡咯烷酮的加入量为沥青粉末重量的1-5倍，沥青粉末在有机溶剂中的重量分数为0.1-5％。

所述步骤4)中预氧化处理是指在空气流量为20～100ml/min，升温速率为1℃/min升至300℃，恒温处理2h，碳化处理是指在升温速率为1～10℃/min,碳化处理温度600～1000℃，碳化处理时间为1～5h，惰性气体为氮气或氩气，高能球磨处理时球磨转速100～500rpm，球磨时间为10～120min,氢氟酸稀溶液刻蚀条件为用乙醇或蒸馏水稀释40wt.％氢氟酸得到的质量百分数为5％～20％的氢氟酸稀溶液，刻蚀时间5～60min。

9.权利要求1-6所述硅碳复合负极材料的应用，其特征是用于制备电极和锂离子电池。