[发明专利]石墨化的多孔硅碳负极材料及其制备方法及锂离子电池

权利要求书

1.一种石墨化的多孔硅碳负极材料，所述石墨化的多孔硅碳负极材料包括内核以及包覆在所述内核的外表面的碳包覆层，其特征在于，所述内核从内到外依次包括内层和浅表层，所述石墨化的多孔硅碳负极材料的内部具有梯度分布的孔隙，且沿着所述内层、所述浅表层以及所述碳包覆层，孔隙率从内至外呈梯度递减；且所述内核包括硅碳复合物，所述硅碳复合物包括纳米硅颗粒、导电剂和石墨化的碳材料。

2.根据权利要求1所述的石墨化的多孔硅碳负极材料，其中，所述纳米硅颗粒的D₅₀为30-500nm；

和/或，所述导电剂包括金属材料和/或非金属材料；

优选地，所述导电剂为一维碳材料；

更优选地，所述一维材料为导电碳材料；

更进一步优选地，所述导电碳材料包括单壁CNTs、多壁CNTs和VGCF中的至少一种；

优选地，所述一维碳材料的长径比为(20-20000)：1。

3.根据权利要求2所述的石墨化的多孔硅碳负极材料，其中，所述石墨化的多孔硅碳负极材料整个颗粒的石墨化程度为50-90％；

和/或，所述石墨化的多孔硅碳负极材料整个颗粒包含有硅、一维碳材料、无定形碳和石墨化碳，且以所述石墨化的多孔硅碳负极材料整个颗粒的总重量为基准，所述硅的含量为40-80重量％，所述一维碳材料、所述无定形碳和所述石墨化碳的总含量为20-60重量％；

和/或，所述石墨化的多孔硅碳负极材料承受的平均压力为500-1500MPa；

和/或，所述石墨化的多孔硅碳负极材料的导电率为1×10¹S/m至1×10⁵S/m。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的石墨化的多孔硅碳负极材料，其中，所述内层的孔隙率为30-60％，所述浅表层的孔隙率为10-30％，所述碳包覆层的孔隙率20％，优选为1-10％；

和/或，所述内层的内部孔隙的孔径分布为10-1000nm，所述浅表层的内部孔隙的孔径分布为5-30nm，所述碳包覆层的内部孔隙的孔径分布介于大于0小于等于10nm之间，优选为0.01-10nm，更优选为1-10nm。

5.根据权利要求1所述的石墨化的多孔硅碳负极材料，其中，所述硅碳负极材料的D₅₀为5-30μm；振实密度为0.6-1.2g/cm³；比表面积为0.4-20m²/g；

和/或，以所述硅碳负极材料的D₅₀为基准，所述内层的粒径大小为20-90％；

和/或，所述浅表层的厚度为0.25-12μm；所述碳包覆层的厚度为10nm-1μm；

和/或，所述碳包覆层的包覆量为石墨化的多孔硅碳负极材料的1-20重量％。

6.一种制备权利要求1-5中任意一项所述的石墨化的多孔硅碳负极材料的方法，其特征在于，所述的方法包括：

(1)将纳米硅颗粒、碳源、分散剂、导电剂和水接触，制备得到浆料；将所述浆料进行喷雾造粒后经第一煅烧处理，得到硅碳复合物内核1；

(2)将含有所述硅碳复合物内核1、溶剂和高温沥青1的混合物进行加热处理，且将得到浅表层含有沥青的硅碳复合物经第二煅烧处理，得到内层孔隙率高，浅表层孔隙率低的硅碳复合物内核2；

其中，在步骤(1)和/或步骤(2)中，在制备浆料和/或在进行加热处理过程中，添加金属催化剂盐；

(3)将所述硅碳复合物内核2和高温沥青2进行机械融合或CVD包覆，并进行高温碳化处理，得到外部具有致密碳包覆层，内层孔隙率高，浅表层孔隙率低的硅碳负极材料。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一煅烧处理、所述第二煅烧处理和所述高温碳化处理的条件相同或不同，各自的烧结程序包括：

升温速率为1-5℃/min，最终升温温度为600-1200℃，保温时间为1-6小时；

优选地，所述烧结在惰性气氛下进行；

优选地，所述惰性气氛包括氮气或氩气。