1.一种碳硅复合材料,其特征在于,所述碳硅复合材料包括内核以及包覆在所述内核表面的外壳,其中,所述内核为无定形碳,所述外壳是由纳米硅分散于热解碳层中而形成的。
2.根据权利要求1所述的碳硅复合材料,其特征在于,所述碳硅复合材料的中值粒径为5μm~60μm,优选为8μm~30μm,进一步优选为10μm~25μm;
优选地,所述碳硅复合材料的比表面积为0.8m2/g~3.5m2/g,优选为1.1m2/g~2.0m2/g;
优选地,所述碳硅复合材料的压实密度为0.9g/cm3~2.0g/cm3,优选为1.0g/cm3~1.4g/cm3。
3.根据权利要求1或2所述的碳硅复合材料,其特征在于,所述无定形碳包括软碳和/或硬碳;
优选地,无定形碳的中值粒径为5μm~30μm,优选为7μm~20μm,进一步优选为9μm~15μm;
优选地,所述纳米硅的中值粒径为25nm~300nm,优选为80nm~200nm;
优选地,所述外壳的厚度为0~3.0μm,且不包括0;
优选地,所述热解碳层是由是由粘结剂和碳源经过热解而得到的;
优选地,所述粘结剂包括沥青、聚乙烯醇或酚醛树脂中的任意一种或至少两种的混合物;
优选地,所述碳源包括沥青和/或高分子化合物;
优选地,所述高分子化合物包括环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂、脲醛树脂、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、丙烯酸树脂或聚丙烯腈中的任意一种或至少两种的混合物。
4.如权利要求1-3任一项所述的碳硅复合材料的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)采用粘结剂对无定形碳进行表面修饰;
(2)将步骤(1)得到的粘结剂修饰的无定形碳与纳米硅进行复合,再对得到的复合产物进行第一碳化,得到第一碳硅复合前驱体;
(3)采用碳源对步骤(2)得到的第一碳硅复合前驱体进行包覆改性,得到第二碳硅复合前驱体,再进行第二碳化,得到碳硅复合材料。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述方法还包括在步骤(2)第一碳化完成后,对第一碳化得到的产物过筛的步骤,所述过筛使用的筛网的目数为200目或325目,优选为325目;
优选地,所述方法还包括在步骤(3)第二碳化完成后,对第二碳化得到的产物进行粉碎、过筛和除磁的步骤。
6.根据权利要求4或5所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述无定形碳包括软碳和/或硬碳;
优选地,步骤(1)所述粘结剂包括沥青、聚乙烯醇或酚醛树脂中的任意一种或至少两种的混合物;
优选地,步骤(1)所述粘接剂的中值粒度小于等于5μm,优选为小于等于2μm;
优选地,步骤(1)所述表面修饰采用的方法为固相修饰法或液相修饰法中的任意一种;其中,所述固相修饰法的制备过程为:将粘结剂和无定形碳置于VC混合机中,进行混合,然后,将混合后的物料投加到融合机内进行融合,得到粘结剂修饰的无定形碳;
所述液相修饰法的制备过程为:将粘结剂溶解于溶剂中,加入无定形碳,搅拌,蒸干溶剂,得到粘结剂修饰的无定形碳;
优选地,所述固相修饰法中,混合时,VC混合机的转速为500r/min~3000r/min;
优选地,所述固相修饰法中,所述混合的时间不少于15min,优选为30min;
优选地,所述固相修饰法中,融合时,融合机的转速为500r/min~3000r/min,融合机中的刀具间隙宽度优选为0.01cm~0.5cm;
优选地,所述固相修饰法中,所述融合的时间不少于0.5h,优选为45min;
优选地,所述液相修饰法中,所述溶剂为四氢呋喃、甲苯、二硫化碳、醇或水中的任意一种或至少两种的混合物。
7.根据权利要求4-6任一项所述的方法,其特征在于,步骤(2)所述复合的方法为:将步骤(1)得到的粘结剂修饰的无定形碳和纳米硅加入到溶剂中,搅拌,蒸干溶剂,从而使纳米硅粘结到步骤(1)得到的粘结剂修饰的无定形碳的表面,得到复合产物;
优选地,步骤(2)所述复合的方法中,所述溶剂为异丙醇、乙醇或水中的任意一种或至少两种的混合物;
优选地,步骤(2)所述第一碳化在惰性气氛中进行,所述惰性气氛包括氮气气氛、氩气气氛、氖气气氛、氦气气氛、氙气气氛或氪气气氛中的任意一种或至少两种的组合;
优选地,步骤(2)所述第一碳化的温度为400℃~800℃;
优选地,步骤(2)所述第一碳化的时间为2h~6h;
优选地,升温到步骤(2)所述第一碳化的温度的过程中,升温速率为1℃/min~10℃/min。
8.根据权利要求4-7任一项所述的方法,其特征在于,步骤(3)所述碳源包括沥青和/或高分子化合物;
优选地,所述高分子化合物包括环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂、脲醛树脂、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、丙烯酸树脂或聚丙烯腈中的任意一种或至少两种的混合物;
优选地,以碳源和第一碳硅复合前驱体的总质量为100wt%计,步骤(3)所述碳源的质量百分比为5wt%~20wt%,优选为8wt%~13wt%;
优选地,步骤(3)所述包覆改性采用的方法为固相包覆法、液相包覆法、融合包覆法或喷雾干燥包覆法中的任意一种;其中,所述固相包覆法的制备过程为:将第一碳硅复合前驱体与碳源置于VC混合机中,进行混合,得到第二碳硅复合前驱体;
所述液相包覆法的制备过程为:将第一碳硅复合前驱体与碳源加入到溶剂中,搅拌,蒸干溶剂,得到第二碳硅复合前驱体;
所述融合包覆法的制备过程为:将第一碳硅复合前驱体与碳源投加到融合机中进行融合,得到第二碳硅复合前驱体;
所述喷雾干燥包覆法的制备过程为:将第一碳硅复合前驱体与碳源加入到溶剂中,搅拌得到混合浆料,进行喷雾干燥,得到第二碳硅复合前驱体;
优选地,所述固相包覆法中,混合时,VC混合机的转速为500r/min~3000r/min;
优选地,所述固相包覆法中,所述混合的时间不少于15min,优选为30min;
优选地,所述液相包覆法中,所述溶剂为四氢呋喃、甲苯、二硫化碳、醇或水中的任意一种或至少两种的混合物;
优选地,所述融合包覆法中,融合时,融合机的转速为500r/min~3000r/min,融合机中的刀具的间隙宽度为0.01cm~0.5cm;
优选地,所述融合包覆法中,所述融合的时间不少于0.5h,优选为45min;
优选地,所述喷雾干燥包覆法中,所述溶剂为四氢呋喃、甲苯、二硫化碳、醇或水中的任意一种或至少两种的混合物;
优选地,所述喷雾干燥包覆法中,所述喷雾干燥的条件为:进口温度为250℃~400℃,优选为300℃;出口温度为90℃~115℃,优选为110℃;用于喷雾干燥的混合浆料的固含量为10wt%~30wt%;喷雾干燥时混合浆料的进料速率为10mL/min~40mL/min;
优选地,步骤(3)所述第二碳化在惰性气氛中进行,所述惰性气氛包括氮气气氛、氩气气氛、氖气气氛、氦气气氛、氙气气氛或氪气气氛中的任意一种或至少两种的组合;
优选地,步骤(3)所述第二碳化的温度为900℃~1100℃;
优选地,步骤(3)所述第二碳化的时间为2h~4h;
优选地,从第一碳化的温度升温到步骤(2)所述第二碳化的温度的过程中,升温速率为1℃/min~10℃/min。
9.一种负极材料,其特征在于,所述负极材料为权利要求1-3任一项所述的碳硅复合材料。
10.一种锂离子电池,其特征在于,所述锂离子电池包含如权利要求9所述的负极材料。