[发明专利]一种纳米硅碳复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种锂离子电池用纳米硅碳复合材料，其特征在于：该材料中含有作为基体的碳、分散在作为基体的碳上的纳米硅、分散在作为基体的碳和纳米硅界面处的纳米碳化硅SiC、包覆在除纳米硅与碳相连的界面以外的纳米硅表面上的硅氧化物SiO_x，0<x≤2。

2.按照权利要求1所述的锂离子电池用纳米硅碳复合材料，其特征在于：各组分的质量百分比例为：2-40%的纳米硅，55-90%的碳，0.1~3%的纳米SiC，1~5%的硅氧化物SiO_x。

3.按照权利要求1所述的锂离子电池用纳米硅碳复合材料，其特征在于：所述纳米硅的质量百分比例为5~35%。

4.按照权利要求1所述的锂离子电池用纳米硅碳复合材料，其特征在于：所述碳的质量百分比例为60~85%。

5.按照权利要求1所述的锂离子电池用纳米硅碳复合材料，其特征在于：所述的碳呈球形状、类球形状、片状、线状、管状中的至少一种。

6.按照权利要求1所述的锂离子电池用纳米硅碳复合材料，其特征在于：所述纳米硅为纳米硅线、纳米硅球形颗粒、纳米硅管、纳米硅片中的至少一种。

7.按照权利要求6所述的锂离子电池用纳米硅碳复合材料，其特征在于：所述纳米硅球形颗粒的粒径小于100nm，纳米硅线的直径小于100nm，纳米硅管的直径小于100nm，纳米硅片的厚度小于100nm。

8.按照权利要求1所述的锂离子电池用纳米硅碳复合材料，其特征在于：所述纳米碳化硅SiC呈颗粒状、线状、片状中的至少一种。

9.按照权利要求8所述的锂离子电池用纳米硅碳复合材料，其特征在于：所述颗粒状纳米SiC的粒径小于100nm，线状纳米SiC的直径小于100nm，片状纳米SiC的厚度小于100nm。

10.一种权利要求1-9中任一项所述锂离子电池用纳米硅碳复合材料的制备方法，其特征在于：先将二氧化硅粉末制成二氧化硅胶体，再将碳颗粒材料加入二氧化硅胶体中，其中，二氧化硅粉末的质量百分比为：10～90wt%；碳颗粒材料的质量百分比为：90～10wt%，二氧化硅粉末和碳颗粒材料的总质量为100wt%；混合均匀，经干燥、破碎成碳和二氧化硅混合物，该混合物热压成多孔块体，或模压或模灌成型后烧结成多孔块体；控制多孔块体孔隙率、密度、电阻率；将碳和二氧化硅组成的多孔块体，与导电的阴极集流体复合作为阴极，以石墨或惰性阳极作为阳极，置于以CaCl₂电解质或含有CaCl₂的混盐熔体电解质中构成电解槽，在阴极和阳极之间施加电解直流电压，控制电解电压、电解电流密度和电解电量，使得多孔块体中的二氧化硅电解还原成纳米硅，在阴极制得锂离子电池用纳米碳硅复合材料。

11.按照权利要求10所述的制备方法，其特征在于：所述二氧化硅粉末的粒径为10nm至1μm。

12.按照权利要求10所述的制备方法，其特征在于：所述碳颗粒材料选自天然石墨、人造石墨、无定形碳、碳纳米管中的至少一种。

13.按照权利要求10所述的制备方法，其特征在于：所述碳颗粒材料粒径为10nm至50μm。

14.按照权利要求10所述的制备方法，其特征在于：所述热压温度为 900~1400℃，热压压力为8~40Mpa，保温时间为1~5h；所述烧结温度为800~1500℃，烧结的时间为1~8小时。

15.按照权利要求10所述的制备方法，其特征在于：所述多孔块体的孔隙率为5~65体积%。

16.按照权利要求10所述的制备方法，其特征在于：所述多孔块体的密度为0.80~2.10g/cm³。

17.按照权利要求10所述的制备方法，其特征在于：所述多孔块体的电阻率为0.001~100Ω·cm。