[发明专利]一种高度致密结构硅碳复合材料、其制备方法及其应用

权利要求书

1.一种高度致密结构硅碳复合材料，所述高度致密结构硅碳复合材料包括硅颗粒和碳包覆层，其特征在于，所述高度致密结构硅碳复合材料还包括高度致密碳基体；所述硅颗粒均匀弥散地分布在高度致密碳基体的内部并形成内核；所述高度致密结构硅碳复合材料的内部致密无孔洞；

所述硅颗粒由硅源裂解形成，碳基体由有机碳源裂解形成；

所述硅源为硅烷、三氯硅烷、四氯化硅、甲基三氯硅烷、甲基氯硅烷、氯乙基硅烷、二氯二甲基硅烷、二氯二乙基硅烷、甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、甲基二硅烷、二甲基二硅烷、三甲基二硅烷、四甲基二硅烷、六甲基硅烷中的一种或多种；

所述有机碳源为甲烷、乙烷、丙烷、异丙烷、丁烷、异丁烷、乙烯、丙烯、乙炔、丁烯、氯乙烯、氟乙烯、二氟乙烯、氯乙烷、氟乙烷、二氟乙烷、氯甲烷、氟甲烷、二氟甲烷、三氟甲烷、甲胺、甲醛、苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、苯酚中的一种或多种；

所述高度致密结构硅碳复合材料的真密度为1.90-2.64g/cm³；所述高度致密结构硅碳复合材料的碳含量为30-60%；

所述高度致密结构硅碳复合材料的比表面积为0.5-5m²/g；

所述硅颗粒为纳米硅或纳米氧化硅中的一种或两种；所述纳米硅的晶粒大小为1-10nm；所述纳米氧化硅SiO_x中的X为0-0.8；

所述高度致密结构硅碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：

将基体置于反应器中，在保护气氛下，同步气相沉积或交替气相沉积硅颗粒和高度致密碳基体，得到致密结构前驱体A，气相沉积温度为400-900℃；

将得到的致密结构前驱体A从基体中分离出来，进行粉碎处理，得到硅碳复合材料前驱体B；

将硅碳复合材料前驱体B进行碳包覆，得到硅碳复合材料前驱体C，所述碳包覆为气相碳包覆；

将硅碳复合材料前驱体C进行高温烧结，得到高度致密结构硅碳复合材料；高温烧结升温速率为1-10℃/min，保温温度为500-900℃，保温时间为1-10h。

2.根据权利要求1所述的高度致密结构硅碳复合材料，其特征在于，所述高度致密结构硅碳复合材料的氧含量、硅含量分别为0-10％、5-90％。

3.根据权利要求1所述的高度致密结构硅碳复合材料，其特征在于，所述高度致密结构硅碳复合材料的孔隙率为0-10％；所述高度致密结构硅碳复合材料的粒径D50为2-30μm。

4.根据权利要求1所述的高度致密结构硅碳复合材料，其特征在于，所述纳米硅的粒度D50为1-100nm。

5.根据权利要求1所述的高度致密结构硅碳复合材料，其特征在于，所述致密结构前驱体A为粉体颗粒或块状中的一种，其孔隙率为0-10％。

6.根据权利要求1所述的高度致密结构硅碳复合材料，其特征在于，所述基体为石墨纸、碳泡沫、金属棒、金属板、所述方法制备的高度致密结构硅碳复合材料或前驱体B中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的高度致密结构硅碳复合材料，其特征在于，所述高度致密结构硅碳复合材料的首次可逆容量不低于1800mAh/g，循环50周后膨胀率小于40％，容量保持率大于95％。

8.根据权利要求1所述的高度致密结构硅碳复合材料，其特征在于，所述高度致密结构硅碳复合材料的真密度为2.00-2.50g/cm³。

9.根据权利要求1所述的高度致密结构硅碳复合材料，其特征在于，所述高度致密结构硅碳复合材料的真密度为2.10-2.50g/cm³。

10.权利要求1～9中任一项所述的高度致密结构硅碳复合材料在锂离子电池中的应用。

11.权利要求1～9中任一项所述的高度致密结构硅碳复合材料与碳粉混合而成的混合物在锂离子电池中的应用。