【技术实现步骤摘要】
本申请涉及硅碳负极材料领域，尤其是涉及一种硅碳负极材料、制备方法和应用其的锂电池。
技术介绍
1、锂离子电池作为先进的能源储存器件，具有工作电压高、环境友好和无记忆效应等优点，已经广泛地应用于电动汽车、轨道交通和航空航天等领域。然而现阶段锂离子电池能量密度无法满足电子设备对续航的需求，因此开发高能量密度的锂离子电池是当前能源领域的迫切追求目标。
2、硅负极材料理论容量高，是石墨负极的10倍以上，具有环境友好、地壳含量丰富、价格便宜、放电电位低等优点，是极具发展前景的锂离子电池负极材料。
3、针对上述相关技术，专利技术人发现，现有的硅基负极材料在脱锂、嵌锂的过程中会引起超过300％的体积膨胀收缩，大幅缩短了电池的循环寿命。
技术实现思路
1、为了改善现有硅碳负极材料由于使用时体积膨胀造成锂电池循环寿命不佳的缺陷，本申请提供一种硅碳负极材料、制备方法和应用其的锂电池。
2、本申请提供一种硅碳负极材料，采用如下的技术方案：
3、一种硅碳负极材料，包括纳米硅内核和包覆于纳米硅内核表面的多孔石墨烯包覆层。
4、通过上述技术方案，本申请选用多孔石墨烯包覆层对纳米硅内核材料进行有效的包覆改性，由于多孔石墨烯包覆层的有效包裹，改善了纳米硅内核材料在脱锂、嵌锂的过程中的体积变化现象，从而降低纳米硅内核材料结构变化；其次，本申请选用的多孔石墨烯材料的包覆层，能有效改善纳米硅内核中锂离子脱出和嵌入的速率，从而进一步改善该材料用于锂电池材料的充放
5、优选的，所述硅碳负极材料还包括碳包覆层，所述碳包覆层设于所述多孔石墨烯包覆层与所述纳米硅内核之间。
6、通过上述技术方案，本申请进一步优化了硅碳负极材料的结构，由于石墨烯一般为薄片状结构，在与纳米硅内核结合的过程中，易出现脱落的问题，本申请通过多孔石墨烯材料与纳米硅内核之间设置的碳包覆层，进一步改善硅碳负极材料的结合强度。
7、同时碳包覆层相对于多孔石墨烯包覆层而言，其包覆性能更佳，在起到良好的体积控制效果的同时，进一步改善了纳米硅内核中锂离子脱出和嵌入的速率，从而也有效提高了锂电池材料的电性能。
8、优选的，所述纳米硅内核为核壳结构的多孔纳米硅颗粒。
9、优选的，所述核壳结构的多孔纳米硅颗粒采用以下方案制成：
10、取二氧化硅颗粒与十二烷基苯磺酸钠和尿素置于去离子水中，超声分散并添加异丙醇、甲苯和正硅酸乙酯，继续搅拌混合并升温加热，保温反应后，水浴加热处理，分离产物后，洗涤干燥，煅烧处理，即可制备得所述核壳结构的多孔纳米硅颗粒。
11、通过上述技术方案，本申请通过对纳米硅内核结构进行优化，本申请通过制备具有多孔结构的纳米硅颗粒，选用纳米硅作为内核材料，在其表面包覆并形成具有多孔硅结构的复合核壳结构的纳米硅内核材料。
12、一方面，上述制备的多孔的壳结构能与多孔石墨烯包覆层或碳包覆层形成有效的结合，通过将一部分石墨烯或碳层颗粒嵌入该纳米硅内核材料中，作为纳米硅材料的骨架支撑结构，在实际使用过程中，抑制纳米硅内核材料由于膨胀产生的应力，从而进一步提高了硅碳负极材料的使用稳定性能。
13、另一方面，核壳结构的纳米硅内核材料由于选用了十二烷基苯磺酸钠作为模板剂进行制备，使其壳结构形成良好的三维孔道结构，通过该结构的设计，能有效加速电解质的渗透和锂离子的扩散效果，同时三维孔隙的结构能有效适用脱-嵌锂过程中硅内核材料发生的体积变化的现象，从而进一步提高了该材料用于锂电池材料的充放电效率性能。
14、第二方面，本申请提供了一种硅碳负极材料制备方法，包括以下制备步骤：
15、s1、取纳米硅内核分散至无水乙醇中，搅拌混合并超声分散，收集分散浆液；
16、s2、取氧化石墨烯颗粒添加至分散浆液中，超声分散后，喷雾干燥收集干燥颗粒；
17、s3、取干燥颗粒并置于惰性气体下煅烧处理，静置冷却至室温，制备得所述硅碳负极材料。
18、通过上述技术方案，本申请通过氧化石墨烯与纳米硅内核材料形成的分散浆液进行喷雾干燥后，煅烧活化制备硅碳负极材料，该方案能使氧化石墨烯材料在纳米硅内核材料表面形成均匀稳定的负载结构，且制备工艺简单。
19、优选的，步骤s1还包括碳包覆层制备，所述碳包覆层制备步骤包括：
20、取碳源材料并置于热解装置中，热解处理并对纳米硅内核表面进行碳包覆层包覆处理，静置冷却至室温，即可完成碳包覆层制备。
21、通过上述技术方案，本申请通过气相沉积的方案进行碳包覆层的制备，由于气相沉积制备的碳包覆层结构致密且均匀，改善传统包覆后炭化制备方案中均匀性能不佳的缺陷。
22、优选的，所述碳包覆层厚度为10～20nm。
23、优选的，所述碳源材料包括高分子碳源或气相碳源中的至少一种。
24、优选的，所述纳米硅内核包括纳米硅颗粒或纳米硅氧化物颗粒中的至少一种。
25、第三方面，本申请提供了一种锂电池，包括上述任一项所述的硅碳负极材料。
26、通过上述技术方案，本申请通过对硅碳负极材料进行结构和制备工艺的优化，使制备的锂电池具有良好的循环使用寿命和充放电效率。
27、综上所述，本申请具有以下有益效果：
28、第一、本申请选用多孔石墨烯包覆层对纳米硅内核材料进行有效的包覆改性，由于多孔石墨烯包覆层的有效包裹，改善了纳米硅内核材料在脱锂、嵌锂的过程中的体积变化现象，从而降低纳米硅内核材料结构变化；其次，本申请选用的多孔石墨烯材料的包覆层，能有效改善纳米硅内核中锂离子脱出和嵌入的速率，从而进一步改善该材料用于锂电池材料的充放电效率性能。
29、第二、本申请进一步优化了硅碳负极材料的结构，由于石墨烯一般为薄片状结构，在与纳米硅内核结合的过程中，易出现脱落的问题，本申请通过多孔石墨烯材料与纳米硅内核之间设置的碳包覆层，进一步改善硅碳负极材料的结合强度。
30、同时碳包覆层相对于多孔石墨烯包覆层而言，其包覆性能更佳，在起到良好的体积控制效果的同时，进一步改善了纳米硅内核中锂离子脱出和嵌入的速率，从而也有效提高了锂电池材料的电性能。
31、第三、本申请通过对纳米硅内核结构进行优化，本申请通过制备具有多孔结构的纳米硅颗粒，选用纳米硅作为内核材料，在其表面包覆并形成具有多孔硅结构的复合核壳结构的纳米硅内核材料。
32、一方面，上述制备的多孔的壳结构能与多孔石墨烯包覆层或碳包覆层形成有效的结合，通过将一部分石墨烯或碳层颗粒嵌入该纳米硅内核材料中，作为纳米硅材料的骨架支撑结构，在实际使用过程中，抑制纳米硅内核材料由于膨胀产生的应力，从而进一步提高了硅碳负极材料的使用稳定性能。
33、另一方面，核壳结构的纳米硅内核材料由于选用了十二烷基苯磺酸钠作为模板剂进行制备，使其壳结构形成良好的三维孔道结构，通过该结构的设计，能有效加速电解质的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硅碳负极材料，其特征在于，包括纳米硅内核和包覆于纳米硅内核表面的多孔石墨烯包覆层。
2.根据权利要求1所述的一种硅碳负极材料，其特征在于，所述硅碳负极材料还包括碳包覆层，所述碳包覆层设于所述多孔石墨烯包覆层与所述纳米硅内核之间。
3.根据权利要求1所述的一种硅碳负极材料，其特征在于，所述纳米硅内核为核壳结构的多孔纳米硅颗粒。
4.根据权利要求3所述的一种硅碳负极材料，其特征在于，所述核壳结构的多孔纳米硅颗粒采用以下方案制成：
5.根据权利要求1～4任一项所述的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
6.根据权利要求5所述的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1还包括碳包覆层制备，所述碳包覆层制备步骤包括：
7.根据权利要求6所述的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述碳包覆层厚度为10～20nm。
8.根据权利要求6所述的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述碳源材料包括高分子碳源或气相碳源中的至少一种。
9.根据权利要求5所述的硅碳负极材料的制备方法
10.一种锂电池，其特征在于，包括权利要求1～4任一项所述的硅碳负极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种硅碳负极材料，其特征在于，包括纳米硅内核和包覆于纳米硅内核表面的多孔石墨烯包覆层。
2.根据权利要求1所述的一种硅碳负极材料，其特征在于，所述硅碳负极材料还包括碳包覆层，所述碳包覆层设于所述多孔石墨烯包覆层与所述纳米硅内核之间。
3.根据权利要求1所述的一种硅碳负极材料，其特征在于，所述纳米硅内核为核壳结构的多孔纳米硅颗粒。
4.根据权利要求3所述的一种硅碳负极材料，其特征在于，所述核壳结构的多孔纳米硅颗粒采用以下方案制成：
5.根据权利要求1～4任一项所述的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
【专利技术属性】
技术研发人员：随东，张同林，张伟谊，
申请(专利权)人：北京元种创新科技中心有限合伙，
类型：发明
国别省市：
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