[发明专利]一种核壳型硅碳复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种核壳型硅碳复合材料，其特征在于，其内核为包括硬碳、无定形碳和硅基材料组分的复合材料，外壳为快离子导体；以核壳型硅碳复合材料的总重量为100％计，所述外壳的质量百分比为1％-10％；以内核的总重量为100％计，硬碳的质量百分比为50％-90％，硅基材料的质量百分比为5％-40％，余量为无定形碳；其中，所述硅基材料为氧化亚硅和硅粉的混合物，二者质量比为1:0.02-0.2。

2.根据权利要求1所述的核壳型硅碳复合材料，其特征在于，所述快离子导体为LixNyWz，其中，1.5≥X≥0.5，1.5≥Y≥0.5，3≥Y≥0.5，N选自Ni、Co、Mn、Al、Cr、Fe、Mg、V、Zn和Cu元素中的一种；W选自SiO^4-、SO₄^2-、MoO₄^2-、PO₄^3-、TiO₃^2-和ZrO₄^3-中的一种。

3.根据权利要求1所述的核壳型硅碳复合材料，其特征在于，硅基材料氧化亚硅和硅粉的粒径比为1-5:1，所述氧化亚硅的粒径为0.5-2μm。

4.权利要求1-3任意一项所述的核壳型硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

制备内核：将氧化亚硅、硅粉和硅烷偶联剂分散于有机溶剂中，混合、喷雾干燥，所得固体材料加入至淀粉水溶液中，混合、喷雾干燥，之后在惰性气氛下碳化，得到内核；

包覆外壳：通过原子气相沉积法在内核的表面沉积快离子导体，得到核壳型硅碳复合材料。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，制备内核时，各原料按以下质量比加入，氧化亚硅：硅粉：有机溶剂：硅烷偶联剂：淀粉＝50:1-10:100-500:1-10:800-1200。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述氧化亚硅和硅粉的粒径比为1-5:1，所述氧化亚硅的粒径为0.5-2μm。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自双(3-丙基三乙氧基硅烷偶联剂)二硫化物、双(3-丙基三乙氧基硅烷偶联剂)二硫化物、双(3-丙基三乙氧基硅烷偶联剂)四硫化物、3-巯丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷、3-巯丙基甲基二甲氧基硅烷、3-巯丙基甲基二乙氧基硅烷、3-巯丙基乙氧基二(十三烷基五聚乙醚基)硅烷、3-巯丙基乙氧基二(丙基六聚丙醚基)硅烷、3-己酰基硫代-1-丙基三乙氧基硅烷、3-辛酰基硫代-1-丙基三乙氧基硅烷和3-辛酰基硫代-1-丙基乙氧基(2-甲基-1,3-丙二醇亚基)硅烷中的至少一种。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自四氯化碳、N-甲基吡咯烷酮、二甲苯和环己烷中的至少一种。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述原子气相沉积法具体为：将反应室抽真空到50-100toor，加热到温度为100-300℃，将快离子导体气化，在氮气携带下以10-100sccm的流速脉冲进入反应室，快离子导体吸附在内核的表面，直到反应室的气压达到5-20toor，保持1-120s，实现快离子导体的包覆。

10.权利要求1所述的核壳型硅碳复合材料作为电池负极材料的应用。