【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池，具体而言，涉及一种硅碳复合电极材料及其制备方法、一种负极和一种锂离子电池。
技术介绍
1、当前随着新能源汽车产业的快速发展和不断壮大，高功率、高容量、高安全的电池系统开发迫在眉睫。硅基负极材料因其理论比容量高、嵌锂电势低、原材料丰富、无毒和环保等优势获得广泛关注和大量研究，有望取代碳负极材料成为下一代高性能锂电池负极材料。
2、然而，硅基负极材料在反复的脱嵌锂过程中存在巨大的体积膨胀其体积变化可达到400％，导致活性颗粒破碎粉化、表面sei膜结构不稳定而连续生长、以及严重的电极结构崩塌等，这使得硅负极电化学性能快速衰减，电池容量、循环寿命和库伦效率均会降低。另外，由于硅的导电性差，导致内阻增大，硅基负极的倍率充放电性能受到影响。为了解决上述问题，开发具有稳定多孔结构和优异倍率充放电能力的硅基材料迫在眉睫。目前，主要是通过减小硅颗粒的粒径、在硅颗粒表面包覆碳等进行硅材料的改性；但此类改性方法的制备过程比较复杂，且存在材料在循环过程中结构不稳定等缺陷。
3、有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的第一目的在于提供一种硅碳复合电极材料，主要用于解决硅碳复合的负极电池材料在循环过程中由于硅体积膨胀而导致的结构不稳定，以及硅导电性差的技术问题。
2、本专利技术的第二目的在于提供一种所述的硅碳复合电极材料的制备方法，该方法简单易行、成本低廉。
3、本专利技术的第三目的在于提供一种负极，所述负极中包括所
4、本专利技术的第四目的在于提供一种锂离子电池，所述锂离子电池中包括所述的负极。
5、为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
6、一种硅碳复合电极材料，包括三维多孔碳骨架，以及负载在所述三维多孔碳骨架中的硅源；其中，所述三维多孔碳骨架是以包括胶原和葡聚糖为原料制备得到。
7、所述的硅碳复合电极材料的制备方法，包括如下步骤：
8、(1)三维多孔碳骨架的制备：将氧化聚合后的葡聚糖溶液与胶原混合反应，得到所述三维多孔碳骨架；
9、(2)硅碳复合电极材料的制备：将所述三维多孔碳骨架与硅源充分混合后得到前驱体材料；将所述前驱体材料先在200℃～400℃下预煅烧1h～5h，再在300℃～700℃下煅烧1h～5h，而后得到硅碳复合电极材料。
10、一种负极，包括所述的硅碳复合电极材料。
11、一种锂离子电池，包括所述的负极。
12、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
13、(1)本专利技术通过氧化葡聚糖交联胶原制备三维多孔碳骨架作为硅的载体，从而得到具有三维多孔结构的硅碳复合材料。三维多孔结构为硅的体积膨胀预留了空间，防止了膨胀对材料的粉化破坏，同时为锂离子的扩散提供了大量通道。因此，本专利技术的硅碳复合电极材料具有优异的充电能力和结构稳定性，其中碳的引入有效增加了硅负极的导电性，同时交联网络对硅材料的体积变化提供一定的缓冲抑制作用，且多孔结构有利于锂离子的传输。
14、(2)本专利技术选择胶原和氧化葡聚糖交联作为硅材料的骨架，而后将硅粉混合其中后煅烧即可得到硅碳复合电极材料；本专利技术所采用的制备工艺简单易行，原料成本低廉易于获得，可以实现批量化生产。
15、(3)本专利技术的硅碳复合电极材料作为锂离子电池负极时，表现出较高的比容量、良好的充电能力和循环稳定性。进一步地将硅碳复合电极材料的电极片和三元材料正极装配成软包电池进行循环性能测试，并制作三电极测试其充电能力时发现，本专利技术的硅碳复合负极表现出高的快充能力和良好的循环性能：在25℃下，10～80％soc的充电时间为10.6min；25℃、1c/1c充放电循环(负极克容量450mah·g-1)预计可循环1600周。
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1.一种硅碳复合电极材料，其特征在于，所述硅碳复合电极材料包括三维多孔碳骨架，以及负载在所述三维多孔碳骨架中的硅源；
2.根据权利要求1所述的硅碳复合电极材料，其特征在于，所述三维多孔碳骨架的孔隙率为35％～45％；
3.根据权利要求1所述的硅碳复合电极材料，其特征在于，所述三维多孔碳骨架的制备方法包括如下步骤：将酸性的葡聚糖溶液与氧化剂进行聚合反应，反应后的混合液再与胶原混合，得到所述三维多孔碳骨架。
4.根据权利要求3所述的硅碳复合电极材料，其特征在于，所述制备方法包括如下特征(a)～(d)中的至少一种：
5.根据权利要求3所述的硅碳复合电极材料，其特征在于，将所述氧化剂分为10～20份，而后依次加入至所述酸性的葡聚糖溶液中进行聚合反应；
6.根据权利要求3所述的硅碳复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述聚合反应的时间为2h～10h；
7.根据权利要求1～6任一项所述的硅碳复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的硅碳复合电极材料的制备方法，其特
9.一种负极，其特征在于，包括如权利要求1～3任一项所述的硅碳复合电极材料。
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括如权利要求9所述的负极。
...【技术特征摘要】
1.一种硅碳复合电极材料，其特征在于，所述硅碳复合电极材料包括三维多孔碳骨架，以及负载在所述三维多孔碳骨架中的硅源；
2.根据权利要求1所述的硅碳复合电极材料，其特征在于，所述三维多孔碳骨架的孔隙率为35％～45％；
3.根据权利要求1所述的硅碳复合电极材料，其特征在于，所述三维多孔碳骨架的制备方法包括如下步骤：将酸性的葡聚糖溶液与氧化剂进行聚合反应，反应后的混合液再与胶原混合，得到所述三维多孔碳骨架。
4.根据权利要求3所述的硅碳复合电极材料，其特征在于，所述制备方法包括如下特征(a)～(d)中的至少一种：
5.根据权利要求3所述的硅碳复合电极材料，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：尤可欣，赵晓锋，刘静，杨红新，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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