技术特征：
1.一种硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a)采用催化剂对碳基材进行包覆，得到预处理基材；b)采用含有碳源和硅源的混合气体对预处理基材进行气相沉积，并对气相沉积产物进行酸洗，得到第一前驱体；c)对第一前驱体进行预锂化处理后，采用石墨化碳源进行包覆，得到第二前驱体；d)对第二前驱体进行碳化，得到硅碳负极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中，碳基材选自天然石墨、人造石墨、煤基负极、硬碳负极和多孔碳中的一种或多种；优选地，碳基材的d50为4
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12μm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中，催化剂包括含铁化合物，含铁化合物选自三氯化铁、硝酸铁、羰基铁和二茂铁中的一种或多种，优选为三氯化铁；优选地，催化剂还包括含镍化合物、含钴化合物和含铜化合物中的一种或多种；优选地，采用催化剂溶液进行包覆，催化剂溶液中催化剂的质量含量为0.2
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4％；优选地，碳基材与催化剂溶液中金属成分的质量比为100：(0.25
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2)；优选地，采用喷雾干燥或真空加热干燥的方式对碳基材进行包覆。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中，碳源选自c2h2、co、co2、ch4、c2h6和c2h4中的一种或多种，优选为c2h2或c2h2与co的混合碳源；硅源为sih4；优选地，混合气体中硅源与碳源的体积比为(3
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5)：1，更优选为4：1；优选地，气相沉积在惰性气氛中进行；优选地，惰性气氛为氮气、氦气或氩气气氛，优选为纯度大于99.99％的氩气气氛；优选地，气相沉积在旋转式真空管式炉、多温区真空气氛管式电炉或连续式气氛保护回转炉中进行，更优选为旋转式真空管式炉。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中，控制气相沉积的温度为650
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1300℃，优选为900
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1100℃；优选地，控制预处理基材的升温速率为3
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8℃/min，更优选为5℃/min；优选地，控制混合气体的通入速率为20
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60ml/min；优选地，控制混合气体的通入时间为2
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25h或控制气相沉积产物中硅晶体的含量为2
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25％，进一步优选为3
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15％，更优选为4
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10％；优选地，气相沉积产物为碳基材内核表面均匀沉积纳米硅晶体、石墨烯及碳纳米管的共生层壳体；优选地，采用无机酸进行酸洗，无机酸选自盐酸、硝酸、硫酸和氢氟酸中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中，采用锂化溶液进行预锂化处理，锂化溶液为含有无机锂盐和/或有机锂盐的碱性溶液；优选地，无机锂化溶液为li2c2o4、li2co3、lino3、lioh和li2sio3中的一种溶液或多种混合溶液；优选地，有机锂化溶液的制备方法包括：a)在惰性气氛中，将多环芳香族化合物溶于有机溶剂，得到复合溶液；b)在惰性气氛中，向上述复合溶液中加入金属锂，静置或搅拌，得到锂化溶液；优选地，步骤a)和步骤b)中，惰性气氛为氦气或氩气气氛，更优选为纯度大于99.99％
的氩气气氛；优选地，多环芳香族化合物选自萘、联苯、三联苯、四联苯、蒽、菲及其衍生物中的一种或多种，更优选为联苯；优选地，有机溶剂为醚类溶剂，更优选为二甲醚、二乙醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、乙二醇二丁醚、丙二醇二甲醚、丙二醇二己醚、二乙二醇单丙醚和二乙二醇二丁醚中的一种或多种；优选地，复合溶液中多环芳香族化合物的摩尔百分比为8mol％
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12mol％，更优选10mol％；优选地，金属锂的形式为锂粉、锂片、锂棒或锂带，更优选为锂带；优选地，控制静置或搅拌的时间为2
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12h，更优选为8
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10h；优选地，锂化溶液中的锂含量为0.001
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100g/l，进一步优选为40
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60g/l，更优选50g/l。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中，石墨化碳源为沥青或高分子有机聚合物；优选地，沥青选自石油沥青、天然沥青和焦油沥青中的至少一种；优选地，高分子有机聚合物选自聚糠醇、聚糖醇树脂、咲喃树脂、丙炼腈树脂、环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂、葡萄糖和蔗糖中的一种或多种；优选地，溶解石墨化碳源的溶剂选自二硫化碳、正己烷、二甲苯和四氯化碳中的一种或多种，更优选为二硫化碳；优选地，采用石墨化碳源进行包覆的方法为溶剂溶胶法结合喷雾干燥法，或者机械球磨法；优选地，溶剂溶胶法结合喷雾干燥法包括：将石墨化碳源溶解于溶剂中，制得石墨化碳溶液；随后，将预锂化处理后的第一前驱体加入石墨化碳溶液中，搅拌混匀后进行喷雾干燥。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤d)中，碳化包括依次进行的固化和石墨化；其中，控制固化时的温度为300℃
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500℃，优选为400℃，固化时间为0.5
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8h，优选为2
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6h，固化时的升温速率为2
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5℃/min，优选为3℃/min；控制石墨化时的温度为800℃
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1300℃，优选为1050℃，石墨化时间为3
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5h；石墨化时的升温速率为3
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8℃/min，优选为5℃/min。9.一种硅碳负极材料，其特征在于，按照权利要求1
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8任一所述的制备方法制得；优选地，硅碳负极材料中硅的含量为2
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25％，进一步优选为3
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15％，更优选为4
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10％；优选地，硅碳负极材料的粒径d50为8
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16μm，bet比表面积≤2.5m2/g。优选地，硅碳负极材料的容量为400
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1000mah/g，进一步优选为450
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600mah/g。10.权利要求9所述的硅碳负极材料在制备锂离子电池负极中的应用。
技术总结
本发明提供了一种硅碳负极材料及其制备方法和应用。本发明硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：A)采用催化剂对碳基材进行包覆，得到预处理基材；B)采用含有碳源和硅源的混合气体对预处理基材进行气相沉积，并对气相沉积产物进行酸洗，得到第一前驱体；C)对第一前驱体进行预锂化处理后，采用石墨化碳源进行包覆，得到第二前驱体；D)对第二前驱体进行碳化，得到硅碳负极材料。本发明的制备方法工艺简单可行，可实现规模化生产；该方法生产的硅碳负极材料具有容量高、首效高、体积膨胀率低、循环性能好、环境友好、使用方便等优势，可用于固态锂离子电池等领域，良好地解决了锂金属材料使用过程中对空气不稳定等缺陷。料使用过程中对空气不稳定等缺陷。料使用过程中对空气不稳定等缺陷。
技术研发人员：夏秀明
受保护的技术使用者：夏秀明
技术研发日：2021.06.02
技术公布日：2021/9/9