[发明专利]一种硅碳负极材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种高容量密度及高功率密度的硅碳负极材料，其特征在于，由硅碳前驱体及具备高功率密度包碳人造石墨混合形成；

其中所述的硅碳前驱体占硅碳负极材料重量20％至70％，且其由纳米级硅和无定型碳混合形成；

所述的无定型碳中具备40重量％至80重量％的镶嵌中间相结构，所述的镶嵌中间相结构为由石油渣油、煤沥青、树脂中的一种或多种调配而成的有机碳源体，其中稠环芳烃的比例占30重量％至60重量％。

2.根据权利要求1所述的一种高容量密度及高功率密度的硅碳负极材料，其特征在于，所述的镶嵌中间相结构与纳米硅形成均匀分散，中间相碳均匀分隔纳米硅且包裹住纳米硅。

3.一种高容量密度及高功率密度的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将沥青与树脂按照比例在控制温度条件下搅拌均匀得到物料A，将用洗油分散的通过计算确定用量的纳米硅粉作为物料B，均匀搅拌下加入沥青与树脂的混合液形成物料C；

其中：所述的物料A中沥青的质量比为30-80％，所述的控制温度条件为150-200℃；所述的沥青为石油沥青或煤沥青及相应改质沥青，所述树脂为酚醛树脂；

S2、将物料C在高压反应釜内搅拌加热到一定温度，停止搅拌，进行快速升温到预定温度并恒温一定时间，得到物料D；其中，高压反应釜内加热搅拌的温度为250-320℃；

S3、将物料D冷却到室温，从反应釜内取出后在惰性气体氛围和固定温度下煅烧一段时间得到物料E；

S4、将物料E用破碎设备破碎到指定粒度得到物料F；其中，粒度范围为5-15um；

S5、将物料F在惰性气体条件下加热到850-1100℃，恒温一段时间后冷却得到物料G；

S6、将物料G与液相包碳的人造石墨按照指定的质量比物理混合，得到所述兼具高容量密度和高功率密度的硅碳负极材料；其中，液相包碳的人造石墨的碳层厚度范围为1-10nm。

4.根据权利要求3所述的一种高容量密度及高功率密度的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述的S2中快速升温的升温速率为1℃/min至5℃/min；快速升温后的恒温温度为410-450℃。

5.根据权利要求3所述的一种高容量密度及高功率密度的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述的S3中恒温煅烧的温度为550-750℃。

6.根据权利要求3所述的一种高容量密度及高功率密度的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述的硅粉的质量比按照G物料中占比20-50％确认。

7.一种高容量密度及高功率密度的硅碳负极材料在电极中的应用，其特征在于，电极包含权利要求1至权利要求6之间的任一项复合物。

8.根据权利要求7所述的一种高容量密度及高功率密度的硅碳负极材料在电极中的应用，其特征在于，硅碳负极材料在450mAh/g情况下，在组装锂离子电池后进行400次3C充放电循环，容量保持率≥80％。

9.根据权利要求7所述的一种高容量密度及高功率密度的硅碳负极材料在电极中的应用，其特征在于，硅碳负极材料在500mAh/g情况下，在组装锂离子电池后进行350次3C充放电循环，容量保持率≥80％。

10.一种高容量密度及高功率密度的硅碳负极材料在电能存储电极和储能装置中的应用，其特征在于，包含权利要求1至9中任一项所述的复合物材料。