[发明专利]一种碳硅复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种碳硅复合材料，其特征在于，包括：

膨胀石墨基体；

硅酸锂颗粒，所述硅酸锂颗粒位于所述膨胀石墨基体的表面介孔内；以及

碳包覆层，所述碳包覆层包覆于所述膨胀石墨基体表面。

2.根据权利要求1所述的碳硅复合材料，其特征在于，所述膨胀石墨基体的电导率为5×10⁴S/m～7.5×10⁴S/m。

3.根据权利要求1或2所述的碳硅复合材料，其特征在于，所述碳硅复合材料的首次效率大于85％，所述碳硅复合材料循环100次后的放电容量大于720mAh/g。

4.一种如权利要求1～3中任一项所述的碳硅复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述膨胀石墨基体、硅粉、溶剂和分散剂混合，得到第一混合液；

将所述第一混合液、软碳和预锂化试剂混合，得到第二混合液；对所述第二混合液进行加热以使所述硅粉和所述预锂化试剂在所述膨胀石墨基体的表面介孔内反应生成所述硅酸锂颗粒，然后将反应物烘干，得到碳硅复合材料前驱体；

将所述碳硅复合材料前驱体加热碳化，以使所述软碳碳化形成所述碳包覆层。

5.根据权利要求4所述的碳硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述膨胀石墨基体的质量与所述硅粉的质量比为1：(0.001～0.2)，所述膨胀石墨基体的质量与所述软碳的质量比为1：(0.001～0.3)，所述膨胀石墨基体的质量与所述预锂化试剂中锂的质量比为1：(0.001～0.08)，所述膨胀石墨基体的质量与所述溶剂的质量比为1：(10～30)，所述膨胀石墨基体的质量与所述分散剂的质量比为1：(0.005～0.01)；

可选地，所述膨胀石墨基体的质量与所述硅粉的质量比为1：(0.001～0.1)，所述膨胀石墨基体的质量与所述软碳的质量比为1：(0.01～0.2)，所述膨胀石墨基体的质量与所述预锂化试剂中锂的质量比为1：(0.01～0.05)。

6.根据权利要求4所述的碳硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅粉的中值粒径为1～80nm。

7.根据权利要求4～6中任一项所述的碳硅复合材料的制备方法，其特征在于，满足以下条件A～D中的至少一者：

A，所述软碳包括石油沥青和针状焦中的至少一种；

B，所述预锂化试剂包括草酸锂、氢氧化锂、锂磺化石墨烯和十二烷基苯磺酸锂中的至少一种；

C，所述溶剂包括乙醇和N-甲基吡咯烷酮中的至少一种；

D，所述分散剂包括羧甲基纤维素钠和甲基戊醇中的至少一种。

8.根据权利要求4～6中任一项所述的碳硅复合材料的制备方法，其特征在于，在所述将所述膨胀石墨基体、所述硅粉、所述溶剂和所述分散剂混合的步骤中，先将所述膨胀石墨基体、所述溶剂和所述分散剂混合并进行剪切分散，再向混合液中加入所述硅粉进行混合。

9.根据权利要求4～6中任一项所述的碳硅复合材料的制备方法，其特征在于，在所述对所述第二混合液进行加热的步骤中，处理温度为150～200℃，处理时间为10～60min。

10.根据权利要求4～6中任一项所述的碳硅复合材料的制备方法，其特征在于，在所述将所述碳硅复合材料前驱体加热碳化的步骤中，包括：

在惰性气氛下，先以第一升温速率将处理温度升温至180～220℃，再以第二升温速率将处理温度升温至750～850℃，所述第一升温速率小于第二升温速率，然后保温反应30min，再将处理温度升温至1150～1250℃，然后进行降温；

可选地，在所述先以第一升温速率将处理温度升温至180～220℃的过程中，升温时间为20～40min；

可选地，在所述再以第二升温速率将处理温度升温至750～850℃的过程中，升温时间为110～130min；

可选地，在所述再将处理温度升温至1150～1250℃的过程中，升温时间为50～70min。