[发明专利]一种天然石墨基硅碳复合负极材料及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种天然石墨基硅碳复合负极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将天然石墨、氧化剂和水的混合溶液搅拌混合，过滤、干燥，然后在惰性气氛下进行高温氧化处理，得到多孔天然石墨；

(2)将纳米硅、无水乙醇和分散剂球磨混合3-10小时，然后加入步骤(1)的多孔天然石墨继续球磨3-5小时，最后加入有机碳继续球磨3-5小时，蒸发掉溶剂、真空干燥得到混合物A；

(3)将步骤(2)得到的混合物A压型得石墨块体，然后在惰性气氛下进行热处理，冷却到室温，打散得到硅、多孔天然石墨和热解碳的复合材料；所述的热处理的温度为600-800℃；

(4)将步骤(3)得到的复合材料和沥青混合，得到混合物B；

(5)将混合物B装入自加压装置中，再将该装置放置在加热设备中进行自加压浸渍，以20-25℃/min的升温速率升温至200-300℃，保温1-5小时后，冷却到室温，得到混合物C；

(6)将步骤(5)得到的混合物C在惰性气氛下进行热处理，冷却到室温，打散、筛分、除磁，得到天然石墨基硅碳复合负极材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(1)中，所述的天然石墨颗粒的形状为球形、近似球形、卵圆形和土豆形中的至少一种，天然石墨的中值粒径D₅₀为5-25μm，振实密度为0.6-1.0g/cm³，固定碳的质量含量≥99％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(1)中，所述的氧化剂为过氧化物和有机酸的混合物或过氧化物和无机酸的混合物；过氧化物为过氧化氢、过硫酸钠和过硫酸铵中的至少一种，有机酸为乙酸、甲酸和乙酸酐中的至少一种，无机酸为硝酸、硫酸和磷酸中的至少一种；过氧化物和有机酸的质量比为1:(0.25-8)，过氧化物和无机酸的质量比为1:(0.25-8)。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(1)中，所述的氧化剂和天然石墨的质量比为(2-8):100，天然石墨和水的质量比为1:(1-10)。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(1)中，所述的高温氧化处理的温度为500-600℃，保温时间为1-5小时，所述的高温氧化处理的升温速率为5-15℃/min。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(2)中，所述的分散剂为氮甲基砒咯烷酮、聚乙烯亚胺和聚乙烯醇中的至少一种；所述的有机碳为沥青、环氧树脂、酚醛树脂和蔗糖中的至少一种；所述的纳米硅、无水乙醇、分散剂的质量比为1：(10-20)：(0.01-0.05)；所述的纳米硅、多孔天然石墨、有机碳的质量比为(10-30)：(60-80)：(10-20)。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(3)中，所述的压型为等静压成型，等静压成型的压力为10MPa-100MPa，保压时间为10-40min。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(3)中，所述的热处理的保温时间为2-4小时，所述的热处理的升温速率为5-15℃/min。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(4)中，所述的沥青和复合材料的质量比为(10-20):100。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(6)中，所述的热处理的温度为1000-1200℃，保温时间为2-4小时，所述的热处理的升温速率为5-15℃/min。

11.权利要求1-10任一项所述的方法制备得到的天然石墨基硅碳复合负极材料。

12.根据权利要求11所述的天然石墨基硅碳复合负极材料，其中，所述纳米硅黏附在多孔天然石墨的颗粒表面和/或嵌入到多孔天然石墨的层间孔隙中。

13.权利要求11或12所述的天然石墨基硅碳复合负极材料在锂离子电池中的应用。