[发明专利]一种硅碳复合材料及其制备方法、锂离子电池

权利要求书

1.一种硅碳复合材料，其特征在于，包括内核复合材料和包覆在所述内核复合材料表面的软碳层；

所述内核复合材料为二氧化硅/硅/碳化硅/石墨烯复合材料。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述硅碳复合材料具有核壳结构；

所述内核复合材料的粒径为0.05～10μm；

所述软碳层的厚度为2～20nm；

所述内核复合材料与所述软碳的质量比为1：(0.01～0.1)。

3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述二氧化硅/硅/碳化硅/石墨烯复合材料中，二氧化硅纳米颗粒复合在所述石墨烯片层的表面和/或石墨烯片层之间；

所述二氧化硅/硅/碳化硅/石墨烯复合材料中，硅纳米颗粒复合在所述石墨烯片层的表面和/或石墨烯片层之间；

所述二氧化硅/硅/碳化硅/石墨烯复合材料中，碳化硅纳米颗粒复合在所述石墨烯片层的表面和/或石墨烯片层之间。

4.根据权利要求3所述的复合材料，其特征在于，所述二氧化硅纳米颗粒的粒径为0.05～5μm；

所述硅纳米颗粒的粒径为0.005～1μm；

所述碳化硅纳米颗粒的粒径为1～10nm；

所述石墨烯片层的片径为2～20μm；

所述石墨烯片层的厚度为1～5nm；

所述石墨烯片层的层数小于等于5层。

5.一种硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将氧化石墨烯溶液和纳米二氧化硅经过砂磨后，得到纳米二氧化硅/氧化石墨烯复合材料；

2)将上述步骤得到的纳米二氧化硅/氧化石墨烯复合材料与软碳前驱体混合造粒后，得到包覆软碳前驱体的纳米二氧化硅/氧化石墨烯复合材料；

3)在保护性气氛下，将上述步骤得到的包覆软碳前驱体的纳米二氧化硅/氧化石墨烯复合材料进行炭化还原后，得到硅碳复合材料。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯溶液的质量浓度为1～50mg/mL；

所述氧化石墨烯和纳米二氧化硅的质量比为(0.01～0.1)：1；

所述纳米二氧化硅的粒径为5～100nm；

所述砂磨的时间为0.2～3h；

所述砂磨的转速为600～2000r/min。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述砂磨后还包括干燥步骤；

所述干燥的方式包括喷雾干燥、真空干燥和冷冻干燥中的一种或多种；

所述软碳前驱体包括石油焦、针状焦、沥青和非石墨化中间相碳微球中的一种或多种；

所述纳米二氧化硅/氧化石墨烯复合材料和软碳前驱体的质量比为1：(0.2～0.4)。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述混合造粒的温度为100～260℃；

所述混合造粒的时间为0.5～4h；

所述保护性气氛包括氮气、氩气、氦气、氖气和氢气中的一种或多种；

所述炭化还原的温度为800～1600℃；

所述炭化还原的时间为1～10h。

9.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极、负极和电解液；

所述负极的材料中包括权利要求1～4任意一项所述的硅碳复合材料或权利要求5～8任意一项所述的制备方法所制备的硅碳复合材料。

10.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极的材料中还包括粘结剂和导电剂；

所述硅碳复合材料和粘结剂的质量比为(90～95)：(1～4)；

所述硅碳复合材料和导电剂的质量比为(90～95)：(0.02～1)

所述粘结剂包括PVDF、PTFE、CMC和SBR中的一种或多种；

所述导电剂包括炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管和石墨烯中一种或多种。