[发明专利]多孔硅基复合材料及其制备方法和应用、负极极片、锂离子电池

权利要求书

1.一种多孔硅基复合材料，其特征在于，所述复合材料具有核壳结构，包括硅基材料作为内核，以及依次包覆在所述内核的外表面的多孔层和碳包覆层，其中，所述多孔层为硅，或，硅与M’的混合态，且所述多孔层的孔内填充碳材料；

其中，所述硅基材料的通式为Si_xM_yM’_z，其中，x≥40，y≤60，z≥0，且x+y+z＝100；M和M’各自独立地选自金属元素，且M≠M’；M满足：电导率＞1×10^-12S/m，导热系数＞130W/(m·K)，杨氏模量＜170GPa。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其中，在所述硅基材料的通式Si_xM_yM’_z中，40≤x≤89，1≤y≤60，0≤z≤10，且x+y+z＝100；

优选地，所述M选自Al、Fe、Ni、Mn、Mg、Er、Yb和Gd中的至少一种，优选选自Al、Fe和Ni中的至少一种；

优选地，M’选自Cu、Ag、Pt、Au、Hg、Co和Ti中的至少一种；

优选地，所述硅基材料的平均粒径D50为1-50μm，优选为1-10μm。

3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其中，所述多孔层中，所述碳材料选自石墨化碳材料、类石墨化碳材料和无定形碳材料中的至少一种，优选为类石墨化碳材料；

优选地，所述碳包覆层包含石墨化碳材料。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的复合材料，其中，所述复合材料的平均粒径D50为1-10μm，优选为2-6μm；

优选地，所述内核的粒径a为0.1-6μm，优选为0.5-1μm；所述多孔层的厚度b为0.05-4μm，优选为1.5-3.5μm；所述碳包覆层的厚度c为0.01-3μm，优选为0.03-2μm；

优选地，以元素含量计，所述复合材料中Si含量为30-80wt％；C含量为5-40wt％；M含量为1-30wt％；M’含量为0-64wt％；

进一步优选地，以元素含量计，所述复合材料中Si含量为45-70wt％；C含量为15-30wt％；M含量为2-10wt％；M’含量为0-10wt％。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的复合材料，其中，所述复合材料的振实密度为0.5-1g/cm³，优选为0.65-0.8g/cm³；I_D/I_G为0.4-0.93，优选为0.5-0.8；I_2D/I_G为0.05-2，优选为0.1-1；比表面积为3-60m²/g，优选为3-30m²/g；平均孔径为0.5-50nm，优选为0.8-20nm；硅晶粒尺寸为4-50nm，优选为10-40nm。

6.一种多孔硅基复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将硅基材料进行部分去合金化处理，得到部分刻蚀共混物；

(2)采用第一碳材料对所述部分刻蚀共混物进行碳填充，在所述硅基材料的表面形成孔内填充碳材料的多孔层，得到中间产物；

(3)采用第二碳材料在所述中间产物的表面形成碳包覆层，得到复合材料；

其中，所述硅基材料的通式为Si_xM_yM’_z，其中，x≥40，y≤60，z≥0，且x+y+z＝100；M和M’各自独立地选自金属元素，且M≠M’；M满足：电导率＞1×10^-12S/m，导热系数＞130W/(m·K)，杨氏模量＜170GPa。