碳‑硅复合材料和包含该碳‑硅复合材料的用于二次电池的阳极活性材料的制作方法

本发明涉及碳-硅复合材料和包含该碳-硅复合材料的用于二次电池的阳极活性材料，更特别地，涉及一种碳-硅复合材料，其中硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒均匀地分散和包埋在碳质物质中。

背景技术：

锂二次电池由于与其它二次电池相比高的能量密度、高的电压和高的容量特征而被广泛用作各种装置的电源。

特别地，为了用于信息技术(IT)设备的电池或用于汽车的电池，要求具有能够实现高容量的锂二次电池的阳极活性材料。

一般来说，碳基材料如石墨等主要用作用于锂二次电池的阳极活性材料。由于石墨的理论容量为大约372mAh/g，和考虑到容量损失等，其实际放电容量仅仅为大约310-330mAh/g，对于具有更高能量密度的锂二次电池的需求已经增加。

根据所述需求，作为具有高容量的锂二次电池的阳极活性材料，已经进行了对于金属、合金等的研究，和特别地，对于硅的研究已经受到了注意。

例如，已知纯硅具有4,200mAh/g的高的理论容量。

然而，与碳基材料相比，硅材料具有降低的循环特征，这对于实际应用依然是个障碍。

原因在于当无机颗粒如硅作为阳极活性材料直接用作用于吸收和释放锂的材料时，活性材料之间的电导率劣化或者由于在充电和放电过程中硅的体积变化，所述阳极活性材料与阳极集电器分离。

特别地，阳极活性材料中包括的无机颗粒如硅通过充电过程吸收锂膨胀至大约300％-400％体积，和当锂通过放电释放时，所述无机颗粒再次收缩。

如果重复充电和放电循环，由于无机颗粒与阳极活性材料之间生成的空的空间，可能发生电绝缘，这可能造成寿命迅速恶化，和因此，硅在用于二次电池中时具有严重的问题。

另外，如果硅不是以其中它不充分分散在阳极活性材料中的状态存在，或者如果硅仅仅存在于阳极活性材料的表面上，则上述体积变化的问题可能变得更加严重。

为了解决此问题，最重要的事情是将硅均匀地分散，且相应地，已经进行了各种尝试如尝试控制硅的粒度或尝试形成孔等。然而，难以确定分散程度。

因此，要求开发一种阳极活性材料，其通过将硅均匀地分散在所述阳极活性材料中能够抑制与阳极活性材料分离并具有足够的电池容量和优异的循环特征，并且同时确定分散程度以减小硅的体积变化。

技术实现要素：

本发明的一个方面是提供一种碳-硅复合材料，其中硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒包埋在碳质物质中，

其中通过扫描电子显微镜(SEM)拍摄所述碳-硅复合材料的横截面，并将所述图像以三乘三的矩阵分为9个相等的部分，

方程式(1)：满足0≤|X_n-Y|≤0.5Y，

其中X_n(n是1-9的整数)表示所述9个相等部分的每一个中纳米硅(Si)细颗粒占据的面积与所述复合材料的面积之比(％)，且Y表示全部部分中纳米硅(Si)细颗粒占据的面积与所述复合材料的面积之比(％)的平均值。

X_n(n是1-9的整数)的任何两个值之间的差可以为0.5Y或更小。

此外，方程式(2)：可以满足

如上所述，可以提供其中所述硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒均匀地分散在碳质物质中的碳-硅复合材料，从而可以提供其中硅均匀地分散在二次电池中的阳极活性材料，由此可以提高所述二次电池的充电和放电特征与寿命特征。

附图说明

图1示意地说明了通过扫描电子显微镜(SEM)拍摄并以三乘三矩阵分成的根据本发明的碳-硅复合材料的横截面图像的9个相等部分(X₁-X₉部分)。

图2说明了由SEM拍摄的根据本发明实施例1的碳-硅复合材料的图像通过计算机图像处理测量的纳米硅(Si)细颗粒的分散程度。

图3说明了由SEM拍摄的根据本发明实施例2的碳-硅复合材料的图像通过计算机图像处理测量的纳米硅(Si)细颗粒的分散程度。

图4说明了由SEM拍摄的根据本发明实施例3的碳-硅复合材料的图像通过计算机图像处理测量的纳米硅(Si)细颗粒的分散程度。

图5说明了由SEM拍摄的根据本发明实施例4的碳-硅复合材料的图像通过计算机图像处理测量的纳米硅(Si)细颗粒的分散程度。

图6说明了由SEM拍摄的根据本发明实施例5的碳-硅复合材料的图像通过计算机图像处理测量的纳米硅(Si)细颗粒的分散程度。

图7说明了由SEM拍摄的根据本发明对比例的碳-硅复合材料的图像通过计算机图像处理测量的纳米硅(Si)细颗粒的分散程度。

具体实施方式

下文中，本发明的各种优点和特征以及完成它们的方法参考下面的实施例的描述将变得明显。然而，本发明并不局限于下面公开的示例性实施方案，而是可以以各种不同的方式实施。这些示例性实施方案仅以举例的方式提供，以使本领域技术人员可以完全理解本发明的公开内容和本发明的范围。因此，本发明的范围将仅由所附的权利要求书定义。在整个说明书中同样的附图标记表示同样的组件。

下文，将详细地描述本发明。

根据相关技术，当包括硅作为阳极活性材料以实现具有高容量的电池时，存在的问题是电导率劣化或者由于电池充电和放电过程中硅(Si)的体积变化，阳极活性材料与阳极集电器分离。

此外，如果硅(Si)不均匀地分散在阳极活性材料中，上面提及的问题更显著。

相应地，本发明人开发了一种碳-硅复合材料，其通过将硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒与碳质物质一起使用，能够在用于制造所述复合材料的工艺过程中防止硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒附聚，所述硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒包括纳米硅(Si)细颗粒作为核，并具有通过嵌段共聚物以所述纳米硅细颗粒为基础形成的球形胶束结构，因此，硅均匀地良好分散在所述碳质物质中。

如上所述，所述硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒可以在遍及所述碳-硅复合材料的碳质物质中均匀地分散。

当所述碳-硅复合材料应用于锂二次电池的阳极活性材料时，充电和放电过程中的体积膨胀问题可得以减轻，同时有效地显示出硅的高容量特征，从而锂二次电池的寿命特征可得以提高。

其中所述硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒均匀地良好分散的所述碳-硅复合材料纵使其包括相同含量的硅也可实现显著更加优异的容量。例如，可以实现大约80％或更高的硅的理论容量。

另外，本发明人发现，在通过扫描电子显微镜(SEM)拍摄的所述复合材料的横截面上，纳米硅(Si)细颗粒均匀地分散在碳质物质中，建议了可表明分散程度的标准，以使可以提供当应用于二次电池时具有更均匀的分散程度的碳-硅复合材料。

本发明可提供一种碳-硅复合材料，其中硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒包埋在碳质物质中，其中所述碳-硅复合材料的横截面图像通过扫描电子显微镜(SEM)拍摄，且所述图像以三乘三矩阵分成9个相等的部分，满足方程式(1)0≤|X_n-Y|≤0.5Y，优选地，0≤|X_n-Y|≤0.3Y，且更优选地，0≤|X_n-Y|≤0.2Y，其中X_n(n是1-9的整数)表示在所述9个相等的部分中的每一个中，纳米硅(Si)细颗粒占据的面积与所述复合材料的面积之比(％)，且Y表示在全部部分中纳米硅(Si)细颗粒占据的面积与所述复合材料的面积之比(％)的平均值。

参考图1，可以示意地确定通过SEM拍摄的根据本发明的碳-硅复合材料的横截面图像中9个相等的部分和X₁-X₉部分的各自的位置。

方程式(1)代表纳米硅(Si)在碳-硅复合材料中的分散程度，在全部部分中纳米硅(Si)细颗粒占据的面积比例(％)的平均值和在每一部分中纳米硅(Si)细颗粒占据的面积比例(％)的偏差的绝对值可以为所述平均值的1/2或更低。

特别地，在每一部分中纳米硅(Si)细颗粒占据的面积可以为在全部部分中纳米硅(Si)细颗粒占据的面积的平均值的0.5-1.5倍。

优选地，在每一部分中纳米硅(Si)细颗粒占据的面积可以为在全部部分中纳米硅(Si)细颗粒占据的面积的平均值的0.7-1.3倍，更优选地，0.85-1.15倍，和最优选地，大约1倍，其中硅(Si)最均匀地分散在每一部分中。

当在每一部分中纳米硅(Si)细颗粒比例(％)与在全部部分中纳米硅(Si)细颗粒比例(％)的平均值的偏差的绝对值大于所述平均值的0.5倍时，表明碳-硅复合材料中的纳米硅(Si)细颗粒不是均匀地分散，其中由于在碳质物质中就硅(Si)来说难以实现充分的缓冲作用，当应用于电池时可能发生电池寿命特征受损的问题。

相应地，当|X_n-Y|(n是1-9的整数)的各值变小时，根据本发明的硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒均匀地分散在碳质物质中，其中纳米硅(Si)细颗粒既不附聚也不偏向一侧，且具有这些特征的碳-硅复合材料当应用于用于二次电池的电极时可以减轻充电和放电过程中的体积膨胀问题同时有效地显示出硅的高容量特征，从而可以提高所述锂二次电池的寿命特征。

例如，图2说明了通过SEM拍摄的根据本发明示例性实施方案的碳-硅复合材料的图像通过计算机图像处理测量纳米硅(Si)细颗粒的比例(％)得到的结果。

特别地，图2说明了制造的包括相对于碳-硅复合材料的总重量计20重量％的纳米硅(Si)细颗粒的碳-硅复合材料。

如上所述，重要的是将硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒均匀地分散在碳质物质中，从而将纳米硅(Si)细颗粒均匀地分散在使用所述复合材料的二次电池的阳极中。

在根据图2的碳-硅复合材料中，在全部部分中的纳米硅(Si)细颗粒比例(％)的平均值Y四舍五入到三位小数，其为19.98％。由于在用于制造所述碳-硅复合材料的工艺过程中通过在制造所述复合材料中实施的搅拌、热处理、粉碎等造成的损失，和碳与硅(Si)之间的原子量差，所述纳米硅(Si)细颗粒占据的面积比例(％)可以与所述纳米硅(Si)细颗粒的初始含量20重量％不同。

在图2中，X₁为19.48，X₂为20.18，X₃为18.14，X₄为21.38，X₅为21.12，X₆为21.75，X₇为17.95，X₈为20.76，X₉为19.07，和0.5Y为9.99，并且相应地，|X₁-Y|＝0.5，|X₂-Y|＝0.2，|X₃-Y|＝1.84，|X₄-Y|＝1.4，|X₅-Y|＝1.14，|X₆-Y|＝1.77，|X₇-Y|＝2.03，|X₈-Y|＝0.78，|X₉-Y|＝0.91，其全部低于9.99，从而满足方程式(1)。因此，可以确定在图2的碳-硅复合材料中硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒良好地分散在碳质物质中，使得硅均匀地分散在所述复合材料中。

特别地，可以知道所述计算数据的最大值为|X₇-Y|＝2.03，即：大约0.1Y，其中硅非常均匀地分散。

如上所述，可以提供具有提高的纳米硅(Si)细颗粒在碳质物质中的分散性的碳-硅复合材料以便对当在二次电池的阳极中重复充电和放电循环时可能发生的硅(Si)的体积变化具有优异的缓冲作用。

另外，通过将SEM拍摄的根据本发明的碳-硅复合材料的横截面分成9个相等的部分得到的X_n(n是1-9的整数)的任何两个值之间的差值可以为0.5Y或更小。

9个相等的部分之间可能的差值总计为36个值，其全部为0.5Y或更小，从而使有可能确定包埋在碳-硅复合材料中的硅的均匀分布。

甚至在相邻的部分之间和甚至在相互不相邻而是相互间隔的部分之间也可以测量这些值，并可以解释在整个横截面中各部分之间的分布关系。

另外，通过将SEM拍摄的根据本发明的碳-硅复合材料的横截面分成9个相等的部分得到的X_n可满足方程式(2)：和优选地，

方程式(2)代表SEM拍摄的碳-硅复合材料的横截面的各9个相等部分的相邻部分之间差值的平均值。

特别地，通过确定X₁与X₂、X₁与X₄、X₂与X₃、X₂与X₅、X₃与X₆、X₄与X₅、X₄与X₇、X₅与X₆、X₅与X₈、X₆与X₉、X₇与X₈和X₈与X₉部分之间的差值的平均值为()或更小，有可能确定所述部分的分散程度小于原始SEM图像的那些。

例如，在图2中，所述值以上述顺序分别为0.2、1.9、2.04、0.94、3.61、0.26、3.43、0.63、0.36、2.68、2.81和1.69，和其平均值四舍五入到三位小数，其为1.71，即：大约0.09Y，且相应地，可以知道在所述碳-硅复合材料的横截面中甚至在局部部分之间也良好地实现了分散。

特别地，根据本发明的碳-硅复合材料允许硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒均匀地分散在碳质物质中，从而可能提供其中纳米硅(Si)细颗粒既不附聚也不偏向一侧，而是均匀地被捕获在无定形碳中的碳-硅复合材料。

在所述硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒中，硅(Si)核；和嵌段共聚物壳可形成以所述硅(Si)核为基础的球形胶束结构，所述嵌段共聚物壳包括对硅具有高亲和力的嵌段和对硅具有低亲和力的嵌段。

所述硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒具有其中以由纳米硅(Si)细颗粒形成的硅核为基础，硅(Si)核的表面涂有由对硅具有高亲和力的嵌段和对硅具有低亲和力的嵌段组成的嵌段共聚物壳的结构。所述硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒的嵌段共聚物壳形成球形胶束结构，其中对硅具有高亲和力的嵌段朝向硅(Si)核的表面聚集，且对硅具有低亲和力的嵌段由于范德华力等朝向外侧聚集。

硅(Si)核与嵌段共聚物壳之间的重量比优选为2:1-1000:1，更优选为4:1-20:1，但硅(Si)核与嵌段共聚物壳之间的重量比不限于此。

这里，当硅(Si)核与嵌段共聚物壳之间的重量比小于2:1时，在阳极活性材料中能实际上与锂合金化的硅(Si)核的含量降低，这使得阳极材料的容量减小，和锂二次电池的效率劣化。

相反，当Si核与嵌段共聚物壳的重量比超过1000:1时，嵌段共聚物壳的含量下降，这使得在浆液中的分散性和稳定性降低，从而存在的问题是核-壳碳化颗粒的嵌段共聚物壳不能在阳极活性材料中适当地起到缓冲作用。

对硅具有高亲和性的嵌段由于范德华力等向硅(Si)核的表面聚集。

这里，对硅(Si)具有高亲和性的嵌段优选是聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、聚乙酸乙烯酯或聚马来酸，但本发明不限于此。

对硅具有低亲和性的嵌段由于范德华力等向外侧聚集。

这里，对硅(Si)具有低亲和性的嵌段优选是聚苯乙烯、聚丙烯腈、多酚、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸月桂酯或聚二氟乙烯，但本发明不限于此。

所述嵌段共聚物壳最优选是聚丙烯酸-聚苯乙烯嵌段共聚物壳。

聚丙烯酸的数均分子量(Mn)优选为100g/mol-100,000g/mol，且聚苯乙烯的数均分子量(Mn)优选为100g/mol-100,000g/mol，但聚丙烯酸或聚苯乙烯的数均分子量(Mn)并不限于此。

当在硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒的浆液中的颗粒分布中90％累积质量-粒度分布直径为D90，和50％累积质量-粒度分布直径为D50时，优选1≤D90/D50≤1.4，和2nm<D50<120nm，但本发明并不限于此。

这里，所述浆液是指包括硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒和分散介质的浆体。

由于硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒的嵌段共聚物壳以硅(Si)核为基础形成球形胶束结构，与不包括单独的嵌段共聚物的硅颗粒相比在浆液中的分散性是优异的，从而减小了颗粒之间的附聚现象，由此在浆液中的D50可为小且可以提供其中颗粒之间的尺寸偏差小的均匀分布。相应地，硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒可以均匀地良好分散在碳质物质中。

此外，所述碳-硅复合材料可以作为球形颗粒或几乎球形颗粒形成。所述碳-硅复合材料1可具有0.5μm-50μm，优选1μm-30μm和更优选3μm-20μm的粒径。

当具有上述粒度范围的碳-硅复合材料应用于二次电池的阳极活性材料时，可以减轻充电和放电过程中的体积膨胀问题，同时有效地显示出硅的高容量特征，从而锂二次电池的寿命特征可得以提高。

在所述碳-硅复合材料1中，硅与碳的质量比可以为0.5:99.5-30:70。

所述碳-硅复合材料1能够含有甚至在上述数值范围内的高的硅含量，并且甚至在含有高的硅容量的同时还包括良好地分散的硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒，使得可以改善充电和放电过程中当硅用作阳极活性材料时引起的体积膨胀问题。

所述碳质物质可以是无定形碳，和可以是软质碳或硬质碳。

此外，例如，所述碳-硅复合材料几乎不包括可能使所述二次电池的性能劣化的氧化物，使得所述碳-硅复合材料的氧含量显著地低。特别地，所述碳-硅复合材料可以具有1重量％或更低的氧含量。

另外，所述碳质物质几乎不包含其它杂质和副产物化合物，且主要由碳组成。特别地，所述碳质物质可以具有70重量％-100重量％的碳含量。

此外，本发明可以提供通过碳化硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒形成的硅(Si)-嵌段共聚物核-壳碳化颗粒，和相应地，可以提供包括所述硅(Si)-嵌段共聚物核-壳碳化颗粒的碳-硅复合材料颗粒。特别地，对硅具有低亲和力的嵌段特征在于碳化时比对硅具有高亲和力的嵌段更高的碳化产率。

特别地，所述硅(Si)-嵌段共聚物核-壳碳化颗粒的嵌段共聚物壳可以硅(Si)核为基础形成球形碳化膜。

在本发明的说明书中，其中硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒均匀地良好分散的表述意思是所述硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒遍及碳质物质均匀地分散，并且还意味着所述硅(Si)-嵌段共聚物核-壳碳化颗粒均匀地分散。

也就是说，碳-硅复合材料中的硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒良好地分散，和相应地，通过硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒碳化得到的硅(Si)-嵌段共聚物核-壳碳化颗粒也良好地分散。

特别地，包括硅(Si)-嵌段共聚物核-壳碳化颗粒的碳-硅复合材料可以具有20μm或更小的粒径。

例如，所述碳-硅复合材料的平均直径可以为3μm-20μm。

此外，在嵌段共聚物壳颗粒的情况下，在碳化时，除了所述嵌段共聚物壳颗粒中的碳之外的其它杂质如氧、氢等和副产物化合物并不碳化而是气化。

因此，由于其中存在除了碳之外的其它杂质如氧、氢等和副产物化合物的空间作为空的空间保留，与主要仅仅由碳组成的碳质物质相比可以获得高的孔隙率。

此外，所述嵌段共聚物壳碳化颗粒优选地具有5％-30％的碳化产率，和所述碳质物质优选具有40％-80％的碳化产率，但是本发明并不局限于此。

所述碳质物质几乎不包括其它杂质和副产物化合物，而是主要仅仅由碳组成，使得碳化过程中的碳化产率显著优异。所述嵌段共聚物壳碳化颗粒除了碳之外包括其它杂质如氧、氢等和副产物化合物，使得碳化过程中的碳化产率劣化。

此外，本发明可以提供用于二次电池的阳极活性材料，其包括：由如上所述的碳-硅复合材料组成的核层；和均匀地涂覆在所述核层表面上且包括导电材料和用于固定所述导电材料的碳材料的壳层。

根据本发明用于二次电池的阳极活性材料包括所述碳-硅复合材料核层，其中所述核层可包括均匀地分散在碳质物质中的纳米硅(Si)细颗粒。

如上所述，硅完全均匀地良好地分散在核层中，使得当所述碳-硅复合材料应用于二次电池的阳极活性材料时，可以减轻充电和放电过程中的体积膨胀问题，同时有效地显示出硅的高容量特征，从而二次电池的寿命特征可得以提高。其中硅均匀地良好分散的所述核层纵使其包括相同含量的硅也可实现显著更加优异的容量。例如，可以实现大约80％或更高的硅的理论容量。

此外，所述核层可以由球形颗粒或几乎球形的颗粒形成。所述核层可具有0.5μm-50μm，优选1μm-30μm和更优选3μm-20μm的粒径。

当具有上述粒度范围的核层应用于二次电池的阳极活性材料时，可以减轻充电和放电过程中的体积膨胀问题，同时有效地显示出硅的高容量特征，从而使二次电池的寿命特征可得以提高。

所述核层优选具有相对于阳极活性材料的总含量计60重量％-99重量％，和更优选60重量％-90重量％的含量，但所述核层的含量并不限于此。

当核层相对于阳极活性材料的含量小于上述范围时，硅含量小，使得初始充电容量小。当核层相对于阳极活性材料的含量超过上述范围时，壳层包括小含量的导电材料，使得电导率不足。

另外，根据本发明的用于二次电池的阳极活性材料包括导电材料和用于固定所述导电材料的碳材料，其中壳层均匀地涂敷在核层表面上以具有预定形式的定型(stereotyped)结构。

由于壳层特征在于包括导电材料，包括导电材料的用于二次电池的阳极活性材料具有高的电导率，使得碳-硅复合材料核层与阳极集电器之间可导电可用接触位点数增加，由此进一步提高二次电池的充电和放电稳定性。

这里，所述壳层可以具有1μm-8μm的厚度。

壳层中的导电材料优选具有相对于阳极活性材料计1重量％-40重量％，和更优选3重量％-30重量％的含量，但所述导电材料的含量并不限于此。

当相对于阳极活性材料的核层含量小于上述范围时，导电材料如炭黑等的含量小，使得电导率不足。当相对于所述阳极活性材料的核层含量超过上述范围时，核层包括小的硅含量，使得初始充电容量小。

壳层中的导电材料优选地包括，并不限于，选自以下物质组成的组中的至少一种：炭黑、乙炔黑、科琴黑、炉黑、碳纤维、富勒烯、铜、镍、铝、银、氧化钴、氧化钛、聚亚苯基衍生物、聚噻吩、聚并苯、聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺和其组合，和更优选地，炭黑。

用作导电材料的炭黑是导电性的，且相应于通过碳基化合物不完全燃烧制备的细的碳粉末，且可以具有1nm-500nm的粒径。

另外，壳层中用于固定导电材料的碳材料可以包括选自以下物质组成的组中的至少一种：天然石墨、人造石墨、软质碳、硬质碳、沥青碳化物、煅烧焦炭、石墨烯、碳纳米管和其组合。

用于固定导电材料的碳材料使导电材料固定在定型结构(stereotype)中，从而使壳层能够均匀地涂覆在核层的表面上，从而可以防止存在所述导电材料不是存在于用于二次电池的阳极活性材料中，而是以无定形形式存在的问题，这会造成吹尘。

用于固定导电材料的碳材料优选是包括0重量％-10重量％且具有284℃的软化点(SP)的不溶于喹啉(QI)的组分的沥青碳化物，但本发明不限于此。

这里，用于固定导电材料的碳材料可以具有相对于阳极活性材料1重量％-20重量％的含量。

下文中，描述本发明优选的示例性实施方案以帮助理解本发明。然而，下面示例性的实施方案仅仅被提供用来更容易地理解本发明，因此，本发明并不局限于此。

实施例和对比例

<实施例>

使用聚丙烯酸和聚苯乙烯通过可逆的加成-断裂链转移法合成聚丙烯酸-聚苯乙烯嵌段共聚物。在此，聚丙烯酸具有4090g/mol的数均分子量(M_n)，和聚苯乙烯具有29370g/mol的数均分子量(M_n)。0.1g的聚丙烯酸-聚苯乙烯嵌段共聚物与8.9g的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)分散介质混合。1g的平均直径为50nm的硅(Si)颗粒加入到9g所述混合的溶液中。使用声波变幅杆用20kHz的超声处理其中加入硅(Si)颗粒的溶液10分钟，接着暂停20分钟，由此制备包括硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒的混合溶液。

所述混合的溶液与煤炭基沥青混合并搅拌大约30分钟以制备其中所述煤炭基沥青溶解在NMP分散介质中的混合溶液。这里，煤炭基沥青和硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒以97.5:2.5的重量比混合。在110℃-120℃的温度在真空下蒸发NMP分散介质。然后，通过以10℃/min的速率升温在900℃温度下进行碳化过程5小时，以形成硅-碳复合材料。所形成的碳-硅复合材料在220rpm下经受行星式球磨1小时，接着是分级过程，由此得到包括各自被选择仅仅具有3μm-20μm的粒度的颗粒的碳-硅复合材料。

这里，硅(Si)细颗粒的含量相对于所述碳-硅复合材料的总含量为20重量％，并选择具有10μm粒度的碳-硅复合材料。

<实施例2>

以与上面实施例1相同的方法制造碳-硅复合材料，不同之处在于选择具有3μm粒度的碳-硅复合材料。

<实施例3>

以与上面实施例1相同的方法制造碳-硅复合材料，不同之处在于硅(Si)细颗粒的含量相对于所述碳-硅复合材料的总含量为25重量％，和选择具有6μm粒度的碳-硅复合材料。

<实施例4>

以与上面实施例1相同的方法制造碳-硅复合材料，不同之处在于硅(Si)细颗粒的含量相对于所述碳-硅复合材料的总含量为30重量％，和选择具有5μm粒度的碳-硅复合材料。

<实施例5>

以与上面实施例1相同的方法制造碳-硅复合材料，不同之处在于硅(Si)细颗粒的含量相对于所述碳-硅复合材料的总含量为30重量％，和选择具有8μm粒度的碳-硅复合材料。

<对比例>

以与实施例相同的方法制造碳-硅复合材料，不同之处在于将聚丙烯酸和聚苯乙烯分散在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中，然后，不加入硅，而是将硅直接分散在NMP中并与煤炭基沥青混合。

这里，硅(Si)细颗粒的含量相对于碳-硅复合材料的总含量为20重量％，且通过分级过程选择各自具有10μm粒度的颗粒。

根据实施例1-5和对比例的碳-硅复合材料的各硅(Si)细颗粒的含量和其各自的粒度示于下面表1中。

[表1]

实验实施例

<实验方法>

通过聚焦离子束切割实施例和对比例制造的复合材料，所述碳-硅复合材料的横截面图像由扫描电子显微镜(SEM)拍摄。然后，计算通过Matlab的单曝光处理得到的图像中硅比碳占据的面积，和分别地，实施例1在图2中说明，和实施例2在图3中说明，实施例3在图4中说明，实施例4在图5中说明，实施例5在图6中说明，和对比例在图7中说明。

<实验结果>

由图2可知，在实施例1中，Y/2＝9.99，|X₁-Y|＝0.5，|X₂-Y|＝0.2，|X₃-Y|＝1.84，|X₄-Y|＝1.4，|X₅-Y|＝1.14，|X₆-Y|＝1.77，|X₇-Y|＝2.03，|X₈-Y|＝0.78，|X₉-Y|＝0.91，其全部小于9.99，从而满足上述方程式(1)。

由图3可知，在实施例2中，Y/2＝10.71，|X₁-Y|＝2.61，|X₂-Y|＝6.80，|X₃-Y|＝0.05，|X₄-Y|＝0.84，|X₅-Y|＝0.99，|X₆-Y|＝1.47，|X₇-Y|＝1.64，|X₈-Y|＝1.18，|X₉-Y|＝2.96，其中全部小于10.71，满足上述方程式(1)。

由图4可知，在实施例3中，Y/2＝12.56，|X₁-Y|＝1.62，|X₂-Y|＝1.13，|X₃-Y|＝3.70，|X₄-Y|＝0.02，|X₅-Y|＝2.16，|X₆-Y|＝1.43，|X₇-Y|＝1.76，|X₈-Y|＝1.10，|X₉-Y|＝0.28，其全部小于12.56，从而满足上述方程式(1)。

由图5可知，在实施例4中，Y/2＝15.48，|X₁-Y|＝3.64，|X₂-Y|＝0.28，|X₃-Y|＝0.21，|X₄-Y|＝2.03，|X₅-Y|＝1.31，|X₆-Y|＝2.83，|X₇-Y|＝0.90，|X₈-Y|＝0.45，|X₉-Y|＝2.12，其全部小于15.48，从而满足上述方程式(1)。

由图6可知，在实施例5中，Y/2＝15.14，|X₁-Y|＝3.75，|X₂-Y|＝1.14，|X₃-Y|＝0.51，|X₄-Y|＝1.31，|X₅-Y|＝2.15，|X₆-Y|＝1.02，|X₇-Y|＝3.43，|X₈-Y|＝0.59，|X₉-Y|＝0.44，其全部小于15.14，从而满足上述方程式(1)。

特别地，可以知道的是在实施例1、3、4和5中，每一部分中纳米硅(Si)细颗粒占据的面积比例(X_n)小于0.2Y，从而非常良好地实现了分散。

相应地，可以确定根据本发明的碳-硅复合材料，硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒完全均匀地分散在碳质物质中，使得纳米硅(Si)细颗粒均匀地分散在复合材料中。

相反，根据对比例的复合材料，硅含量的差值大，如图7中所示大量地存在颗粒的附聚。当根据本发明的方程式(1)计算对比例的结果时，将平均值Y四舍五入到三位小数，为11.32，从而0.5Y为5.66，和|X₁-Y|＝5.41，|X₂-Y|＝0.17，|X₃-Y|＝2.51，|X₄-Y|＝1.27，|X₅-Y|＝5.06，|X₆-Y|＝8.48，|X₇-Y|＝3.18，|X₈-Y|＝6.09，和|X₉-Y|＝2.23,也就是说，4个部分具有接近或大于0.5Y，即：5.66的值，可以知道不满足方程式(1)，和没有良好地实现分散。

除了目视结果之外，由说明对比例的图7还可知道从至分散程度的转化来看，在每一部分中纳米硅(Si)细颗粒占据的面积比例并不均匀，在全部部分中纳米硅(Si)细颗粒比例的平均值具有大的大的差值。

相应地，可以知道对比例的复合材料具有其中硅在碳中的分散没有有效实现的部分，使得硅附聚或硅不存在，当应用于电池时这可损害所述二次电池的寿命特征等。相反，根据本发明的碳-硅复合材料，硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒分散在碳质物质中，因此，纳米硅(Si)细颗粒在复合材料中的分布是非常均匀的，从而当应用于电池时二次电池的充电和放电特征以及寿命特征可得以提高。

由实施例和对比例确定了当硅(Si)良好地分散在碳-硅复合材料中时，满足方程式(1)，同时，通过直接确定横截面的硅(Si)分散，当满足方程式(1)时，分散也得以良好地实现。此外，由实施例和对比例确定了当硅(Si)在碳-硅复合材料中没有良好地分散时，不满足方程式(1)，且同时，当不满足方程式(1)时，分散也没有良好地实现。

本发明的碳-硅复合材料包括在其中非常均匀地分散的硅(Si)-嵌段共聚物核-壳颗粒，从而当所述碳-硅复合材料用作用于二次电池的阳极活性材料时，可提高电极中的电导率，且可以增加阳极活性材料中的硅(Si)含量。

另外，当所述碳-硅复合材料包括在二次电池的阳极中时，可以提高电池的充电容量与寿命特征以及与存在的阳极材料的相容性。

尽管本文已经公开了一些实施方案，但是本领域技术人员应当理解的是这些实施方案仅以说明的方式提供，和在不背离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、变化和变更。因此，应当理解的是提供前述实施方案仅是用于说明的目的且不以任何方式不构成对本发明的限制。