[发明专利]一种多杂原子共掺杂炭壳包覆硅的复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种多杂原子共掺杂炭壳包覆硅的复合材料，其特征在于，以纳米级硅颗粒为核，以多杂原子共掺杂的炭材料为壳，硅核与炭壳之间存在空腔，且硅核与炭壳之间通过导电添加剂进行连接；

所述的多杂原子共掺杂炭材料中的杂原子种类为N，S，P，B四种类型中的一种或多种；导电添加剂为碳纳米管、导电炭黑、石墨烯、碳纳米纤维中的一种或多种；

所述的复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）炭前驱体的预处理：将炭前驱体与杂原子在有机溶剂中通过“一锅混”的方式搅拌混合在一起，得到掺杂的炭前驱体原料；

（2）硅粉氧化：工业硅粉与水按照质量比1:0.5-3的比例经过高能球磨处理1-4h；然后将粉末加热到600-900 ℃保温1-4 h，得到SiO₂/Si的混合物；

（3）炭包覆处理：将掺杂的炭前驱体、步骤（2）得到的SiO₂/Si混合物和导电添加剂按照质量比1-3:5:1-0.5的比例球磨处理，热处理，得到炭包覆的复合材料；

（4）刻蚀SiO₂：将炭包覆的复合材料置于氢氟酸溶液中除去SiO₂组分，通过过滤洗涤、干燥后得到多杂原子共掺杂炭壳包覆的导电添加剂和纳米硅的复合材料。

2.根据权利要求1所述的多杂原子共掺杂炭壳包覆硅的复合材料，其特征在于，所述的步骤（1）中杂原子种类为N，S，P，B四种类型中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的多杂原子共掺杂炭壳包覆硅的复合材料，其特征在于，所述的步骤（1）的炭前驱体为中温沥青、高温沥青、酚醛树脂、糖类、聚丙烯腈中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的多杂原子共掺杂炭壳包覆硅的复合材料，其特征在于，所述的步骤（1）的氮源为三聚氰胺、尿素、聚丙烯腈、含氮离子液体和氨基酸中的一种或多种，硫源为硫磺、硫脲、二苄基二硫中的一种或多种，磷源为红磷、乙膦酸、三苯基膦中的一种或多种，硼源为四苯基硼酸钠、硼酸、硼烷中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的多杂原子共掺杂炭壳包覆硅的复合材料，其特征在于，所述的步骤（3）的热处理工艺为：加热到650-1050℃保温1-4h。

6.权利要求1所述的复合材料在锂离子电池中作为负极材料的应用。