【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新能源材料，更具体地，涉及一种硅碳复合材料及其制备方法、负极材料、锂离子电池。
技术介绍
1、锂离子电池(libs)作为一种新型高能绿色电池，通过在电极材料中嵌入大量li+来存储电荷，具有优越的高能量密度、高输出电压、低记忆效应、长循环寿命等特性，在便携式电子设备、无人机、机器人以及电动汽车等上得到了广泛的应用。负极材料是libs组件中关键的材料之一，当前商业应用最广泛的石墨负极材料释放的容量已经接近其理论比容量(372mah/g)，难以满足持续增长的能量密度需求。硅材料理论比容量高达4200mah/g，相比于石墨具有显著的储锂容量优势，但其较低的电导率以及在充放电过程中随着锂离子嵌入和脱出高达300％的体积膨胀，这种巨大的体积变化导致制备的极片粉化、脱落，造成电极活性物质与集流体的分离，从而严重影响了电池的循环性能和倍率性能，严重制约了硅材料在锂离子电池中的大规模应用。
2、对硅进行碳包覆是最常用的改性手段，碳层不仅可以有效提高材料的导电性，而且也能够缓冲硅巨大的体积效应，因此具有潜在的应用前景。目前硅碳材料常采用沥青、树脂、葡萄糖等有机高分子作为碳源，通过高温热解方式得到核壳结构的硅碳复合材料，但是循环性能的提高效果不明显，电池的容量依旧会随着循环增加呈明显衰减趋势。
3、近年来，具有高导电碳的金属有机框架材料(mof)由于具有较高的比表面积和良好的孔结构，被认为是提高电极电化学性能的理想材料。然而，如何实现金属有机框架材料对硅的包覆，保证良好的倍率性能和循环稳定性，是目前所要解决的问题
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种能够有效缓解硅在充放电过程中的体积变化，提升li+传输速率，从而保证负极的循环性能和倍率性能的硅碳复合材料及其制备方法、负极材料、锂离子电池。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
4、提供zif-8金属有机骨架，将所述zif-8金属有机骨架进行热解，得到多孔碳骨架；其中，所述热解的温度为700℃～1100℃；
5、向所述多孔碳骨架通入硅源进行气相沉积反应，以在所述多孔碳骨架内形成硅核，得到所述硅碳复合材料。
6、本专利技术还提供了一种如上述的制备方法得到的硅碳复合材料。
7、本专利技术还提供了一种负极材料，包括如上述的制备方法得到的硅碳复合材料，或如上述的硅碳复合材料。
8、本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括负极；所述负极包括集流体和涂布在所述集流体上的负极材料，所述负极材料为如上述的负极材料。
9、实施本专利技术实施例，将具有如下有益效果：
10、本专利技术实施例的硅碳复合材料的制备方法先通过对含有c、n、o和zn等元素的zif-8金属有机骨架进行热解，使c元素碳化得到碳骨架的同时，部分n元素掺杂可以提高材料储锂能力，zn在高温下以蒸汽形式挥发，且在高温热解过程中还会产生h2、co、co2和nox等气体，可以起到造孔及增大孔径尺寸的作用的同时，还会形成氧缺陷和氧空位，能够提供额外的活性位点，可以有效地改变晶体周期性结构和影响周围电荷分布，从而使碳复合材料体现出优秀的电化学性能。然后利用气相沉积使得硅原位均匀沉积到多孔碳骨架的孔道内，避免了zif-8金属有机骨架和硅一起高温碳化进而使得硅氧化而失活的风险。本专利技术实施例的硅碳复合材料通过在多孔碳骨架上负载硅，一方面，多孔碳骨架具有丰富的孔结构以及良好的导电性，能够保证硅核体积膨胀有足够的空隙空间限制，有效降低硅碳复合材料的膨胀。同时，多孔碳骨架的孔道结构还可减少硅核直接与电解质接触，减少其不良副反应，提升循环性能。另一方面，硅核还能够降低多孔碳骨架本身在脱嵌锂过程中的电位，提升硅碳复合材料的能量密度，进而使得锂离子电池兼具高的能量密度和优异的倍率性能。
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1.一种硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述热解的升温速率为2℃/min～5℃/min；
3.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述气相沉积反应的温度为300℃～450℃；
4.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，以所述硅碳复合材料的总质量为100％计，所述硅核的质量百分含量为20％～50％；
5.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，ZIF-8金属有机骨架的粒径为150nm～500nm；
6.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，还包括：
7.根据权利要求6所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述锌盐与所述含氮杂环类化合物的质量比为(3～4):1；
8.一种如权利要求1～7中任意一项所述的制备方法得到的硅碳复合材料。
9.一种负极材料，其特征在于，包括如权利要求1～7中任意一项所述的制备方法得到的硅碳复合材料，或如权利要求
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括负极；所述负极包括集流体和涂布在所述集流体上的负极材料，所述负极材料为如权利要求9所述的负极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述热解的升温速率为2℃/min～5℃/min；
3.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述气相沉积反应的温度为300℃～450℃；
4.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，以所述硅碳复合材料的总质量为100％计，所述硅核的质量百分含量为20％～50％；
5.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，zif-8金属有机骨架的粒径为150nm～500nm；
【专利技术属性】
技术研发人员：卫郝，秦曦，周敏，李腾飞，朱岩，林森，董一航，
申请(专利权)人：陕西埃普诺新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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