[发明专利]一种核壳结构硅碳复合负极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种核壳结构硅碳复合负极材料，由核、壳两部分组成，所述壳包覆于所述核的外表面，其特征在于，所述核包括第一碳材料，呈球形或类球形，所述壳包括第二碳材料和第三碳材料，所述核、壳两部分的质量比为1-20:1；

其中，所述第一碳材料为表面嵌有纳米硅和纳米碳的碳材料A，所述碳材料A选自天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、软碳和硬碳中的一种或一种以上；所述第二碳材料为碳材料B，所述碳材料B为软碳和/或硬碳；所述第三碳材料为表面嵌有纳米硅和纳米碳的碳材料C，所述碳材料C选自石墨烯、碳纳米管、碳纤维中的一种或一种以上，所述第一碳材料与第三碳材料表面的纳米碳为薄膜状，所述第一碳材料与第三碳材料表面的纳米硅为颗粒状或薄膜状；

所述第三碳材料嵌入所述第二碳材料中；

所述纳米硅和纳米碳的嵌入形式为，以一层纳米硅上包覆一层纳米碳作为一个嵌入单元，以这样两个以上的所述嵌入单元叠加形成多层嵌入结构包覆在所述碳材料A和碳材料C表面。

2.如权利要求1所述的核壳结构硅碳复合负极材料，其特征在于，所述碳材料A呈球形或类球形。

3.如权利要求1所述的核壳结构硅碳复合负极材料，其特征在于，所述壳还包括第四碳材料，所述第四碳材料为所述碳材料C和/或碳材料D，所述碳材料D为碳纳米管和/或碳纤维。

4.如权利要求3所述的核壳结构硅碳复合负极材料，其特征在于，所述第四碳材料为碳材料C时，碳材料C嵌入所述第二碳材料中，所述碳材料D覆在所述第二碳材料外表面。

5.如权利要求1-4任一项所述的核壳结构硅碳复合负极材料，其特征在于，在所述壳中，所述碳材料B的质量占比为5％-95％。

6.如权利要求4或3所述的核壳结构硅碳复合负极材料，其特征在于，所述碳材料C的质量占比为0％-50％，所述碳材料D的质量占比为0％-50％。

7.如权利要求1-4任一项所述的核壳结构硅碳复合负极材料，其特征在于，以一个所述嵌入单元作为一层计，所述多层嵌入结构为2-10层。

8.一种核壳结构硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

准备材料：制备或购买权利要求1所述的第一碳材料和第三碳材料、第二碳材料前驱体，所述第二碳材料前驱体选自沥青、柠檬酸、酚醛树脂、环氧树脂、蔗糖、葡萄糖中的至少一种；

负极材料前驱体的制备：将所述第一碳材料作为核，所述第三碳材料和第二碳材料前驱体作为壳前驱体，通过喷雾干燥技术或固相捏合技术将所述核与壳前驱体复合在一起，制得具有核壳结构的硅碳复合负极材料前驱体；

负极材料的制备：将所述负极材料前驱体置于惰性气体气氛下进行高温加热处理，制得核壳结构硅碳复合负极材料，其中，加热温度由室温升至500-1000℃后恒温1-5小时，升温速率为1-10℃/分钟；

其中，在所述准备材料步骤中，所述第一碳材料和第三碳材料的纳米碳和纳米硅的嵌入方法是化学气相沉积法，重复多次化学气相沉积形成多层嵌入结构。

9.如权利要求8所述的核壳结构硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，在所述负极材料的制备步骤之后，通过化学气相沉积方法将权利要求4所述碳材料D沉积在所述硅碳复合负极材料上。

10.如权利要求8所述的核壳结构硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述喷雾干燥技术，包括以下步骤：

(1)将所述核搅拌分散在溶剂A中，得到溶液Ⅰ，其中，所述溶剂A为有机溶剂或水，所述核的固含量为1-50％，搅拌速率为500-2000转/分，搅拌时间为0.5-5小时；

将所述壳前驱体搅拌溶于溶剂B中，得到溶液Ⅱ，其中，所述溶剂B可以溶解所述壳前驱体，所述壳前驱体的固含量为1-50％，搅拌速率为500-2000转/分，搅拌时间为0.5-5小时；

将所述溶液Ⅰ和溶液Ⅱ混合搅拌，得到混合溶液，其中，搅拌速率为500-2000转/分，搅拌时间为0.5-5小时；

将所述混合溶液进行喷雾干燥，制得具有核壳结构的硅碳复合负极材料前驱体。

11.如权利要求8所述的核壳结构硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述固相捏合技术，包括以下步骤：

将所述核与所述壳前驱体混合，得到混合物；

将所述混合物放入捏合机真空环境或惰性气氛环境中，其中，混合物物料的温度为100-350℃，捏合机的螺杆转速为5-50转/分钟，捏合时间为30-300分钟，制得具有核壳结构的硅碳复合材料前驱体。