[发明专利]一种硅炭复合材料及其制备方法、锂电池负极、锂电池

权利要求书

1.一种硅炭复合材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：

1)将炭源材料、硅颗粒、溶剂配制成反应混合物；

2)将所述反应混合物加到乳化分散剂中，在搅拌及加热的条件下反应设定时间，使炭源材料包覆硅颗粒，得到包含反应产物的混合物；对所述包含反应产物的混合物进行后处理，得到反应产物；

其中，所述反应产物为硅-炭源复合材料；所述硅-炭源复合材料中的硅颗粒为核、炭源材料为包覆硅颗粒的包覆层；

3)在保护气氛下，对所述硅-炭源复合材料进行高温炭化处理，得到硅炭复合材料；其中，所述硅炭复合材料是以硅颗粒为核、无定型炭为壳的核壳结构；所述无定型炭为炭源热解后形成的炭。

2.根据权利要求1所述的硅炭复合材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)中：

所述炭源材料为环氧树脂、酚醛树脂中的一种或两种；和/或

所述溶剂为有机溶剂，优选乙醇、丙酮、甲苯、乙酸乙酯中的一种或几种；和/或

所述硅颗粒为纳米硅颗粒；优选的，所述硅颗粒的平均粒径为10-100nm；和/或

所述溶剂与所述硅颗粒的质量比为25:1-40:1；和/或

所述硅颗粒与所述炭源材料的质量比为1:2-5:1。

3.根据权利要求1或2所述的硅炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)具体为：

将所述炭源材料溶于所述溶剂中，再将所述硅颗粒超声分散于其中，得到反应混合物；

优选的，所述超声分散的时间为30-60min。

4.根据权利要求1所述的硅炭复合材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中：

将所述反应混合物以滴加的方式加到乳化分散剂中；和/或

所述搅拌的速度为10000-30000r/min；和/或

所述加热的温度为100-180℃；和/或

所述设定时间为1-5h。

5.根据权利要求1所述的硅炭复合材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中：

所述乳化分散剂选用硅油；和/或

所述乳化分散剂与硅颗粒的质量比为250:1-400:1。

6.根据权利要求1所述的硅炭复合材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中，对所述包含反应产物的混合物进行后处理的步骤，具体为：

对所述包含反应产物的混合物进行过滤处理、洗涤处理、干燥处理后，得到硅-炭源复合材料；

优选的，所述过滤处理的步骤，包括：采用滤膜抽滤瓶对所述包含反应产物的混合物进行抽滤处理，以除去乳化分散剂；

优选的，采用四氯化碳作为洗涤剂对所述过滤处理后的产物进行洗涤。

7.根据权利要求1所述的硅炭复合材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤3)中：所述高温炭化的温度为600-1100℃，所述高温炭化的时间为5-12h。

8.一种硅炭复合材料，其特征在于，所述硅炭复合材料是以硅颗粒为核、无定型炭为壳的核壳结构；所述硅炭复合材料中的硅的质量分数为60-90％、无定型炭的质量分数为10-40％；

优选的，所述硅炭复合材料的平均粒径20-120nm；

优选的，所述硅炭复合材料的壳厚度为3-20nm；

优选的，所述硅炭复合材料中的硅颗粒为纳米硅；优选的，所述硅颗粒的平均粒径为10-100nm；

优选的，所述硅炭复合材料是由权利要求1-7任一项所述的硅炭复合材料的制备方法制备而成。

9.一种锂电池负极，其特征在于，所述锂电池负极包括负极材料；其中，所述负极材料包括权利要求8所述的硅炭复合材料。

10.一种锂电池，其特征在于，所述锂电池包括权利要求9所述的锂电池负极。