[发明专利]一种碳/硅/碳复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种碳/硅/碳复合材料，其特征在于：以碳材料为核心，在碳材料表面包覆纳米硅层和纳米碳层，其中所述的碳材料为人造石墨、天然石墨、软碳、硬碳、碳米管或石墨烯；

所述碳/硅/碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)使用氧化剂对碳材料表面进行氧化，得到表面改性的碳材料；

(2)将步骤(1)得到的碳材料与有机硅在溶剂中超声后，用酸或碱调节pH值，微波处理，使有机硅分解，得到二氧化硅包覆碳复合材料，即为前躯体1；

(3)将步骤(2)得到的二氧化硅包覆碳复合材料与纳米金属颗粒机械球磨，得到硅包覆碳复合材料，即为前躯体2；

(4)将步骤(3)得到的硅包覆碳复合材料与热解碳源混合，再高温焙烧得到碳/硅/碳复合材料；

其中，步骤(1)使用氧化剂对碳材料表面进行氧化的时间为1～5h，温度为20～80℃；

步骤(2)中，所述溶剂为去离子水和无水乙醇、去离子水和异丙醇、去离子水和乙酸乙酯或去离子水和丙酮的组合，去离子水与无水乙醇、异丙醇、乙酸乙酯或丙酮的体积比为1:2～1:5；所述微波处理的功率为50～600W，处理温度为25～90℃，处理时间为0.5～120min；

步骤(3)中，所述的纳米金属的颗粒粒径为5～100nm，所述的纳米金属为金属镁、金属钠或金属锂，球磨时间为1～20min。

2.根据权利要求1所述的碳/硅/碳复合材料，所述的纳米硅层的厚度为1～200nm，纳米碳层的厚度为1～150nm。

3.根据权利要求1所述的碳/硅/碳复合材料，步骤(1)所述的氧化剂为双氧水、硝酸、硫酸、盐酸或高锰酸钾。

4.根据权利要求1所述的碳/硅/碳复合材料，步骤(2)所述的有机硅为正硅酸乙酯、氨丙基三乙氧硅烷、丙基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷或巯丙基三甲氧基硅烷。

5.根据权利要求1所述的碳/硅/碳复合材料，步骤(2)所述的酸为盐酸、硫酸、硝酸或磷酸，所述的碱为氨水、氢氧化钠或氢氧化钾。

6.根据权利要求1所述的碳/硅/碳复合材料，步骤(4)所述的热解碳源为葡萄糖、蔗糖、酚醛树脂、沥青、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇或聚丙烯腈，高温焙烧的温度为400～1200℃，高温焙烧的时间为1～5h。