本申请涉及电化学，特别是涉及一种硅碳复合材料及其制备方法、二次电池和电子设备。
背景技术：
1、目前，传统商业化锂离子电池的负极材料主要为石墨材料，石墨材料具有高化学稳定性和良好的循环性能，但其比容量有限(理论比容量为372mah/g)，严重阻碍了锂离子电池的能量密度的提升；而硅基材料的理论比容量高达4200mah/g，可将其作为负极材料来大幅提升锂离子电池的能量密度。但是，硅基材料在脱嵌锂过程中会产生高达300％以上的体积膨胀收缩，进而产生较大的机械应力，经过多次循环后会使得硅颗粒发生断裂和粉化，严重阻碍锂离子在负极内部的传输，从而导致锂离子电池的循环性能较差。
技术实现思路
1、本申请的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种硅碳复合材料及其制备方法、二次电池和电子设备。
2、为实现上述目的，本申请采取的技术方案为：
3、本申请的第一方面提供了一种硅碳复合材料，其包括多孔碳载体和位于多孔碳载体的孔隙内的硅颗粒，多孔碳载体表面的至少部分区域设有碳包覆层；硅碳复合材料在n2氛围下的真密度为ρ1g/cm3，硅碳复合材料在he氛围下的真密度为ρ2g/cm3，1-ρ1/ρ2≥10％。使二次电池满足1-ρ1/ρ2≥10％，可以改善二次电池的膨胀和循环性能
4、在本申请的一些实施方案中，10％≤1-ρ1/ρ2≤40％。使二次电池满足10％≤1-ρ1/ρ2≤40％，可以进一步改善二次电池的膨胀和循环性能，同时还可以兼顾二次电池的动力学性能。
5、在本申请的一些实施方案中，15％≤1-ρ1/ρ2≤40％。使二次电池满足15％≤1-ρ1/ρ2≤40％，可以进一步改善二次电池的膨胀和循环性能，同时还可以兼顾二次电池的动力学性能。
6、在本申请的一些实施方案中，1.32≤ρ1≤1.75；和/或，1.95≤ρ2≤2.19。使二次电池满足1.32≤ρ1≤1.75和/或1.95≤ρ2≤2.19，可以进一步改善二次电池的膨胀和循环性能。
7、在本申请的一些实施方案中，多孔碳载体的平均孔径为3nm至5.8nm。使多孔碳载体的平均孔径为3nm至5.8nm，可以进一步改善二次电池的膨胀和循环性能。
8、在本申请的一些实施方案中，多孔碳载体的比表面积为1000m2/g至1800m2/g。使多孔碳载体的比表面积为1000m2/g至1800m2/g，可以进一步改善二次电池的膨胀和循环性能。
9、在本申请的一些实施方案中，多孔碳载体的孔容为0.6cm3/g至1.4cm3/g。使多孔碳载体的孔容为0.6cm3/g至1.4cm3/g，可以进一步改善二次电池的膨胀和循环性能。
10、在本申请的一些实施方案中，硅颗粒包含硅晶粒，硅晶粒的平均粒径为1.1nm至4.7nm。使硅晶粒的平均粒径为1.1nm至4.7nm，可以进一步改善二次电池的膨胀和循环性能。
11、在本申请的一些实施方案中，碳包覆层的平均厚度为2.1nm至10.5nm。使碳包覆层的平均厚度为2.1nm至10.5nm，可以进一步改善二次电池的膨胀和循环性能。
12、本申请的第二方面提供了一种硅碳复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
13、s1、硅沉积：以含硅气体为硅源，通过化学气相沉积法在多孔碳载体的孔内沉积硅颗粒，得到预留孔硅碳材料；
14、s2、硫沉积：在惰性气体氛围下，将硫蒸汽沉积填充在s1中预留孔硅碳材料的剩余孔隙中，得到中间体；
15、s3、碳包覆：将s2中中间体进行碳包覆处理，得到碳包覆硅碳材料；
16、s4、硫升华：在惰性气体氛围下，将s3中碳包覆硅碳材料中的硫升华，得到硅碳复合材料。
17、通过上述制备方法得到的硅碳复合材料被应用在二次电池的负极中时，可以改善二次电池的膨胀和循环性能。
18、在本申请的一些实施方案中，步骤s1具体为：将多孔碳载体在惰性气体氛围下以1℃/min至10℃/min的升温速率升温至400℃至550℃后保温，而后在硅烷混合气中沉积1h至20h，得到预留孔硅碳材料；其中，硅烷混合气由硅烷和惰性气体组成；基于硅烷混合气的体积，硅烷的体积占比为10％至50％，惰性气体的体积占比为50％至90％。通过包括上述步骤s1的制备方法得到的硅碳复合材料被应用在二次电池的负极中时，可以改善二次电池的膨胀和循环性能。
19、在本申请的一些实施方案中，步骤s2具体为：在惰性气体氛围中、300℃至500℃下，通入硫蒸汽沉积0.5h至5h，将s1中预留孔硅碳材料的剩余孔隙中填充硫单质，得到中间体。通过包括上述步骤s2的制备方法得到的硅碳复合材料被应用在二次电池的负极中时，可以改善二次电池的膨胀和循环性能。
20、在本申请的一些实施方案中，步骤s4具体为：在惰性气体氛围中、500℃至700℃下，将s3中碳包覆硅碳材料中的硫单质升华，得到硅碳复合材料。通过包括上述步骤s4的制备方法得到的硅碳复合材料被应用在二次电池的负极中时，可以改善二次电池的膨胀和循环性能。
21、本申请的第三方面提供了一种二次电池，其包括负极极片、正极极片和电解液，负极极片包括本申请第一方面提供的硅碳复合材料。本申请的第三方面提供的二次电池具备较低的膨胀率和较好的循环性能。
22、在本申请的一些实施方案中，电解液包括四氟硼酸锂和二氟磷酸锂。使电解液同时包括四氟硼酸锂和二氟磷酸锂，可以改善二次电池的膨胀和循环性能。
23、在本申请的一些实施方案中，电解液包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和氟代碳酸乙烯酯。使电解液同时包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和氟代碳酸乙烯酯，可以改善二次电池的膨胀和循环性能。
24、本申请的第四方面提供了一种电子设备，其包括本申请第三方面提供的二次电池。
25、与现有技术相比，本申请的有益效果为：
26、本申请通过调控多孔碳载体的孔隙内硅颗粒的体积占比和剩余孔隙的体积占比，形成占据一定空间的预留孔，利用预留孔可有效缓冲硅在锂化/脱锂过程中的体积膨胀以释放硅膨胀所产生的应力，有利于保持硅碳复合材料的结构完整性，进而改善复合硅碳颗粒和负极极片的膨胀，从而显著改善二次电池的膨胀和循环性能。
1.一种硅碳复合材料，其特征在于，包括多孔碳载体和位于多孔碳载体的孔隙内的硅颗粒；
2.如权利要求1所述的硅碳复合材料，其特征在于，10％≤1-ρ1/ρ2≤40％，优选地，15％≤1-ρ1/ρ2≤40％。
3.如权利要求1所述的硅碳复合材料，其特征在于，1.32≤ρ1≤1.75；和/或，1.95≤ρ2≤2.19。
4.如权利要求1所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述多孔碳载体满足以下至少一者：
5.如权利要求1所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述硅颗粒包含硅晶粒，所述硅晶粒的平均粒径为1.1nm至4.7nm。
6.如权利要求1所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述碳包覆层的平均厚度为2.1nm至10.5nm。
7.一种权利要求1至6任一项所述硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足以下至少一者：
9.一种二次电池，包括负极极片、正极极片和电解液，其特征在于，所述负极极片包括权利要求1至6任一项所述的硅碳复合材料。
10.如权利要求9所述的二次电池，所述电解液包括四氟硼酸锂和二氟磷酸锂。
11.如权利要求9所述的二次电池，所述电解液包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和氟代碳酸乙烯酯。
12.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求9至11任一项所述的二次电池。