CN111668463B - 一种锂离子电池负极材料及其制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池负极材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法，包括5‑12微米且为核壳结构的热解碳‑碳纤维复合体、400‑600纳米的硅‑碳化硅复合纳米线、100‑300纳米的硅粉、20‑60纳米的碳微球；所述热解碳‑碳纤维复合体、所述硅‑碳化硅复合纳米线、所述硅粉以及所述碳微球通过混合形成三维树状结构。该锂离子电池负极材料通过5‑12微米且为核壳结构的热解碳‑碳纤维复合体、400‑600纳米的硅‑碳化硅复合纳米线、100‑300纳米的硅粉、20‑60纳米的碳微球混合形成三维树状结构，从而可提高各组分之间的结合度，进而可提高该锂离子电池负极材料的比容量和稳定性。

Description

一种锂离子电池负极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及储能电池技术领域，更具体地说，涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法。
背景技术
锂离子电池已被广泛应用于智能手机、笔记本电脑、电动汽车等领域。其主要由正极、负极、电解质和隔膜组成，其中传统的负极材料是石墨，石墨的理论比容量仅为372mAh/g，已不能完全满足动力电池日益增长的高能量密度的要求。因此开发高容量的新型锂离子电池负极材料具有重要的现实意义。
相关文献中，文献1“一种硅基负极材料及其制备方法和应用”公开了采用多孔纳米硅颗粒和弥散于孔中的聚合物组成的硅基锂离子电池负极材料；文献2“Zhou R, Guo H.N-doped carbon layer derived from polydopamine to improve the electrochemicalperformance of spray-dried Si /graphite composite anode material for lithiumion batteries．Journal of Alloys and Compounds, 2016,689: 130-137.”公开了一种氮掺杂碳壳包覆硅石墨复合颗粒的核壳结构负极材料；文献3“Chen Y， Hu Y， Shen Z， etal． Hollow core-shell structured silicon@carbon nanoparticles embed in carbonnanofibers as binder-free anodes for lithium-ion batteries. Journal of PowerSources,2017,342: 467-475” 公开了采用氢氟酸刻蚀SiO2的方法制备中空硅碳纳米复合负极材料；文献4“Li S， Qin X， Zhang H， et al． Silicon /carbon compositemicrospheres with hierarchical core-shell structure as anode for lithium ionbatteries.Electrochemistry Communications, 2014, 49: 98-102.” 公开了一种主要由多孔碳骨架和纳米硅颗粒组成、并封装在碳壳中的多层级微球结构的负极材料。由文献1~4所公开的负极材料可知，相关技术中的负极材料存在比容量和稳定性较低的缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的锂离子电池负极材料，进一步提供一种锂离子电池负极材料的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种锂离子电池负极材料，包括5-12微米且为核壳结构的热解碳-碳纤维复合体、400-600纳米的硅-碳化硅复合纳米线、100-300纳米的硅粉、20-60纳米的碳微球；
所述热解碳-碳纤维复合体、所述硅-碳化硅复合纳米线、所述硅粉以及所述碳微球通过混合形成三维树状结构。
优选地，所述热解碳-碳纤维复合体形成所述三维树状结构中的主干；所述硅-碳化硅复合纳米线形成所述三维树状结构中的枝干；所述硅粉以及所述碳微球填充于所述热解碳-碳纤维复合体和所述硅-碳化硅复合纳米线之间形成的间隙；
所述热解碳-碳纤维复合体的质量百分比为60-75%；
所述硅-碳化硅复合纳米线的质量百分比为15-25%；
所述碳微球的质量百分比为15-25%；
所述硅粉的质量百分比为余量。
本发明还构造一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备5-12微米且为核壳结构的热解碳-碳纤维复合体：向碳纤维通入惰性气体和碳源气体，使所述碳纤维与所述碳源气体在高温条件下进行处理得到5-12微米且为核壳结构的热解碳-碳纤维复合体；
S2、制备5-12微米且为核壳结构的热解碳-碳纤维复合体和400-600纳米的硅-碳化硅复合纳米线形成的第一混合物：制备含有硅-碳化硅复合纳米线的液体前驱体，将步骤S1制得的热解碳-碳纤维复合体浸泡于所述液体前驱体中并经过静置、风干以及高温处理得到所述第一混合物；
S3、制备20-60纳米的碳微球：将酚醛微球置于真空下高温处理得到碳微球；
S4、制备由第一混合物以及20-60纳米的碳微球形成的第二混合物：将所述第一混合物和所述碳微球按第二设定比例混合得到所述第二混合物；
S5、将所述第二混合物和100-300纳米的硅粉按照第三设定比例混合得到所述锂离子电池负极材料。
优选地，所述步骤S1中，所述高温条件的温度为800~1000度。
优选地，所述步骤S1中，所述碳源气体为甲烷；
所述惰性气体为氩气。
优选地，所述步骤S1中，所述碳源气体的流量为0.2~0.5 L/min；
所述惰性气体的流量为0.5~1.0 L/min。
优选地，所述步骤S2包括以下步骤：
S2.1、制备所述液体前驱体：将正硅酸乙酯和无水乙醇按照第一设定比例混合，并通过搅拌均匀，然后加入盐酸，再继续搅拌得到所述液体前驱体；
S2.2、将步骤S1制得的热解碳-碳纤维复合体浸泡于所述液体前驱体中并在常温环境下静置设定时间后通过风干得到掺有液体前驱体的热解碳-碳纤维复合体，再通过置于惰性气体环境中高温处理得到所述第一混合物。
优选地，在所述步骤S2.1中，所述正硅酸乙酯和无水乙醇的第一设定比例为摩尔比例，所述第一设定比例为1:5~1:2；
在所述步骤S2.1中，所述盐酸与所述正硅酸乙酯的质量比为1:10~1:15；
在所述步骤S2.2中，所述高温处理的温度为1000~1200度。
优选地，在所述步骤S3中，将酚醛微球置于真空下高温处理的温度为700~900度。
优选地，在所述步骤S4中，所述第一混合物和所述碳微球的第二设定比例为质量比，所述第二设定比例为1:1~5:1；
在所述步骤S5中，所述第二混合物和所述硅粉的第三设定比例为质量比，所述第三设定比例为10:1~20:1。
实施本发明的锂离子电池负极材料及其制备方法，具有以下有益效果：该锂离子电池负极材料通过5-12微米且为核壳结构的热解碳-碳纤维复合体、400-600纳米的硅-碳化硅复合纳米线、100-300纳米的硅粉、20-60纳米的碳微球混合形成三维树状结构，从而可提高各组分之间的结合度，进而可提高该锂离子电池负极材料的比容量和稳定性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明锂离子电池负极材料的结构示意图；
图2是本发明锂离子电池负极材料的SEM图；
图3是本发明锂离子电池负极材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
图1及图2示出了本发明的锂离子电池负极材料。该锂离子电池负极材料可涂布集流体上形成负极片。该锂离子电池负极材料中各组分之间的结合度好，具有较高的比容量和稳定性。
如图1及图2所示，该锂离子电池负极材料可包括热解碳-碳纤维复合体1、硅-碳化硅复合纳米线2、硅粉4、碳微球3，该热解碳-碳纤维复合体1、硅-碳化硅复合纳米线2、硅粉4、碳微球3通过混合，并通过分子间的耦合形成三维树状结构。通过形成三维树状结构，从而可提高各组分之间的结合度，进而可提高该锂离子电池负极材料的比容量和稳定性。
该热解碳-碳纤维复合体1的尺度可以为5-12微米，且其可以核壳结构，在一些实施例中，该热解碳-碳纤维复合体1可以呈中空的管状。具体地，该热解碳-碳纤维复合体1的直径可以为5-12微米。在一些实施例中，该热解碳-碳纤维复合体1的质量百分比可以为60-75%。可以选择的，在一些实施例中，该热解碳-碳纤维复合体1的质量百分比为68%。通过采用5-12微米，有利于形成该热解碳-碳纤维复合体1的主干。在一些实施例中，可以选择的，该热解碳-碳纤维复合体1的直径可以为8.5微米。
该硅-碳化硅复合纳米线2的尺度可以为400-600纳米，其可呈线状，其质量百分比为15-25%。具体地，在一些实施例中，硅-碳化硅复合纳米线2的直径可以为500纳米。可以选择的，在一些实施例中，该硅-碳化硅复合纳米线2的质量百分比为15%。通过采用400-600纳米的硅-碳化硅复合纳米线2，可形成三维树状结构中的枝干。通过将5-12微米的热解碳-碳纤维复合体1和400-600纳米的硅-碳化硅复合纳米线2复合，可以依靠各组分的特定结构，形成三维树状结构的骨架，进而可提高锂离子电池的比容量和稳定性。
该碳微球3的尺度可以为20-60纳米，具体地，在一些实施例中，其直径可以为40纳米，在一些实施例中，该碳微球3的质量百分比可以为15-25%，其可用于填充于该热解碳-碳纤维复合体1和硅-碳化硅复合纳米线2之间的间隙，可以选择的，在一些实施例中，该碳微球3的质量百分比为15%。该碳微球3具有较高的比表面、稳定性以及热稳定性，从而可提高该锂离子电池的稳定性。
该硅粉4的尺度可以为100-300纳米，该硅粉4为单质硅粉，在一些实施例中，该硅粉4的直径可以为200纳米。该硅粉4的质量百分比可以为余量，具体地，其质量百分比可以为2%，其可用于填充于该热解碳-碳纤维复合体1和硅-碳化硅复合纳米线2之间的间隙。
图3示出了本发明一种锂离子电池负极材料的制备方法的一些优选实施例。该锂离子电池负极材料的制备方法可用于制备本发明的锂离子电池负极材料。
如图3所示，该锂离子电池负极材料的制备方法包括以下步骤：
S1、制备5-12微米且为核壳结构的热解碳-碳纤维复合体：向碳纤维通入惰性气体和碳源气体，使碳纤维与碳源气体在高温条件下进行处理得到5-12微米且为核壳结构的热解碳-碳纤维复合体。
其中，该惰性气体可以为氩气，碳源气体可以为甲烷；该碳源气体的流量可以为0.2~0.5 L/min；惰性气体的流量可以为0.5~1.0 L/min。
具体地，在一些实施例中，可将碳纤维置于温度为800~1000度的高温炉中，通入甲烷和氩气并进行处理1~3小时，得到5-12微米且为核壳结构的热解碳-碳纤维复合体。其中甲烷的流量为0.2~0.5 L/min，氩气的流量为0.5~1.0 L/min。
S2、制备5-12微米且为核壳结构的热解碳-碳纤维复合体和400-600纳米的硅-碳化硅复合纳米线形成的第一混合物：制备含有硅-碳化硅复合纳米线的液体前驱体，将步骤S1制得的热解碳-碳纤维复合体浸泡于液体前驱体中并经过静置、风干以及高温处理得到第一混合物。
具体地，在一些实施例中，该步骤S2包括以下步骤：
S2.1、制备液体前驱体：将正硅酸乙酯和无水乙醇按照第一设定比例混合，并通过搅拌均匀，然后加入盐酸，再继续搅拌得到液体前驱体；其中，该第一设定比例为1:5~1:2。具体地，将正硅酸乙酯和无水乙醇按照1:5~1:2的摩尔比例混合，搅拌均匀，然后加入盐酸继续搅拌1~2小时得到硅-碳化硅复合纳米线的液体前驱体，其中，盐酸与正硅酸乙酯的比例为1:10~1:15。
S2.2、将步骤S1制得的热解碳-碳纤维复合体浸泡于液体前驱体中并在常温环境下静置设定时间后通过风干得到掺有液体前驱体的热解碳-碳纤维复合体，再通过置于惰性气体环境中高温处理得到第一混合物。其中，该热解碳-碳纤维复合体的质量百分比为60-75%。该液体前驱体为硅-碳化硅复合纳米线的液体前驱体，其中，硅-碳化硅复合纳米线的质量百分比为15-25%。该惰性气体为氩气。具体地，将热解碳-碳纤维复合体浸泡于液体前驱体中并在常温下浸泡36~48小时，然后在空气中自然干燥得到掺有液体前驱体的热解碳-碳纤维复合体，再将该掺有液体前驱体的热解碳-碳纤维复合体置于氩气氛围下，在在1000~1200度条件下，高温热处理4~6小时，然后自然冷却得到第一混合物，该第一混合物为5-12微米且为核壳结构的热解碳-碳纤维复合体和400-600纳米的硅-碳化硅复合纳米线形成的三维树状骨架结构。
S3、制备20-60纳米的碳微球：将酚醛微球置于真空下高温处理得到碳微球。其中，高温处理的温度可以为700~900度。具体地，将酚醛微球置于真空炉中，在700~900度条件下处理1~3小时，然后自然冷却得到20-60纳米的碳微球。
S4、制备由第一混合物以及20-60纳米的碳微球形成的第二混合物：将第一混合物和碳微球按第二设定比例混合得到第二混合物。在一些实施例中，该第二设定比例为质量比，该第二设定比例为1:1~5:1，该碳微球的质量百分比为15-25%。该碳微球可通过填充于该热解碳-碳纤维复合体和硅-碳化硅复合纳米线之间形成的间隙从而与该热解碳-碳纤维复合体和硅-碳化硅复合纳米线结合形成第二混合物。
S5、将第二混合物和100-300纳米的硅粉按照第三设定比例混合得到锂离子电池负极材料。在一些实施例中，该第三设定比例可以为质量比，该第三设定比例可以为10:1~20:1。
以下通过具体实施例进行详细说明。
实施例1
(1) 将碳纤维置于高温炉中，在温度为800度，甲烷流量为0.2 L/min，氩气流量为0.5L/min的条件下处理1小时，得到样品A；样品A为5-12微米且为核壳结构的热解碳-碳纤维复合体。
(2) 将正硅酸乙酯和无水乙醇按照1:5的摩尔比例混合，搅拌均匀，然后加入盐酸，盐酸与正硅酸乙酯的比例为1:10，继续搅拌1小时，所得液体标记为B；B为含有硅-碳化硅复合纳米线的液体前驱体。
将样品A浸泡到液体B中，常温浸泡36小时，在空气中自然干燥得到的样品标记为C；其中，C为掺有液体前驱体的热解碳-碳纤维复合体。
将样品C置于在氩气氛围下，在1000度条件下，高温热处理4小时，然后自然冷却得到样品D；其中，D为5-12微米的热解碳-碳纤维复合体和400-600纳米的硅-碳化硅复合纳米线形成的第一混合物。
(3) 将酚醛微球置于真空炉中，在700度条件下处理1小时，自然冷却得到样品E；其中，样品E为20-60纳米的碳微球。
(4) 将样品D和样品E按照质量比为1:1均匀混合，得到样品F；其中，样品F为5-12微米的热解碳-碳纤维复合体、400-600纳米的硅-碳化硅复合纳米线以及20-60纳米的碳微球形成的第二混合物。
(5) 将样品F和100-300纳米的硅粉按照质量比10:1均匀混合，即可得到呈三维树状结构的锂离子电池负极材料。
实施例2
(1) 将碳纤维置于高温炉中，在温度为1000度，甲烷流量为0.5 L/min，氩气流量为1.0L/min的条件下处理3小时，得到样品A；样品A为5-12微米且为核壳结构的热解碳-碳纤维复合体。
(2) 将正硅酸乙酯和无水乙醇按照1:2的摩尔比例混合，搅拌均匀，然后加入盐酸，盐酸与正硅酸乙酯的比例为1:15，继续搅拌2小时，所得液体标记为B；B为含有硅-碳化硅复合纳米线的液体前驱体。
将样品A浸泡到液体B中，常温浸泡48小时，在空气中自然干燥得到的样品标记为C；其中，C为掺有液体前驱体的热解碳-碳纤维复合体。
将样品C置于在氩气氛围下，在1200度条件下，高温热处理6小时，然后自然冷却得到样品D；其中，D为5-12微米的热解碳-碳纤维复合体和400-600纳米的硅-碳化硅复合纳米线形成的第一混合物。
(3) 将酚醛微球置于真空炉中，在900度条件下处理3小时，自然冷却得到样品E；其中，样品E为20-60纳米的碳微球。
(4) 将样品D和样品E按照质量比为5:1均匀混合，得到样品F；其中，样品F为5-12微米的热解碳-碳纤维复合体、400-600纳米的硅-碳化硅复合纳米线以及20-60纳米的碳微球形成的第二混合物。
(5) 将样品F和100-300纳米的硅粉按照质量比20:1均匀混合，即可得到呈三维树状结构的锂离子电池负极材料。
实施例3
(1) 将碳纤维置于高温炉中，在温度为800度，甲烷流量为0.5 L/min，氩气流量为0.5L/min的条件下处理3小时，得到样品A；样品A为5-12微米且为核壳结构的热解碳-碳纤维复合体。
(2) 将正硅酸乙酯和无水乙醇按照1:5的摩尔比例混合，搅拌均匀，然后加入盐酸，盐酸与正硅酸乙酯的比例为1:15，继续搅拌1小时，所得液体标记为B；B为含有硅-碳化硅复合纳米线的液体前驱体。
将样品A浸泡到液体B中，常温浸泡48小时，在空气中自然干燥得到的样品标记为C；其中，C为掺有液体前驱体的热解碳-碳纤维复合体。
将样品C置于在氩气氛围下，在1000度条件下，高温热处理6小时，然后自然冷却得到样品D；其中，D为5-12微米的热解碳-碳纤维复合体和400-600纳米的硅-碳化硅复合纳米线形成的第一混合物。
(3) 将酚醛微球置于真空炉中，在900度条件下处理1小时，自然冷却得到样品E；其中，样品E为20-60纳米的碳微球。
(4) 将样品D和样品E按照质量比为1:1均匀混合，得到样品F；其中，样品F为5-12微米的热解碳-碳纤维复合体、400-600纳米的硅-碳化硅复合纳米线以及20-60纳米的碳微球形成的第二混合物。
(5) 将样品F和100-300纳米的硅粉按照质量比20:1均匀混合，即可得到呈三维树状结构的锂离子电池负极材料。
实施例4
(1) 将碳纤维置于高温炉中，在温度为900度，甲烷流量为0.3 L/min，氩气流量为0.6L/min的条件下处理2小时，得到样品A；样品A为5-12微米且为核壳结构的热解碳-碳纤维复合体。
(2) 将正硅酸乙酯和无水乙醇按照1:3的摩尔比例混合，搅拌均匀，然后加入盐酸，盐酸与正硅酸乙酯的比例为1:12，继续搅拌1.5小时，所得液体标记为B；B为含有硅-碳化硅复合纳米线的液体前驱体。
将样品A浸泡到液体B中，常温浸泡42小时，在空气中自然干燥得到的样品标记为C；其中，C为掺有液体前驱体的热解碳-碳纤维复合体。
将样品C置于在氩气氛围下，在1100度条件下，高温热处理5小时，然后自然冷却得到样品D；其中，D为5-12微米的热解碳-碳纤维复合体和400-600纳米的硅-碳化硅复合纳米线形成的第一混合物。
(3) 将酚醛微球置于真空炉中，在800度条件下处理2小时，自然冷却得到样品E；其中，样品E为20-60纳米的碳微球。
(4) 将样品D和样品E按照质量比为3:1均匀混合，得到样品F；其中，样品F为5-12微米的热解碳-碳纤维复合体、400-600纳米的硅-碳化硅复合纳米线以及20-60纳米的碳微球形成的第二混合物。
(5) 将样品F和100-300纳米的硅粉按照质量比15:1均匀混合，即可得到呈三维树状结构的锂离子电池负极材料。
实施例5
(1) 将碳纤维置于高温炉中，在温度为800度，甲烷流量为0.3 L/min，氩气流量为1.0L/min的条件下处理2小时，得到样品A；样品A为5-12微米且为核壳结构的热解碳-碳纤维复合体。
(2) 将正硅酸乙酯和无水乙醇按照1:4的摩尔比例混合，搅拌均匀，然后加入盐酸，盐酸与正硅酸乙酯的比例为1:12，继续搅拌2小时，所得液体标记为B；B为含有硅-碳化硅复合纳米线的液体前驱体。
将样品A浸泡到液体B中，常温浸泡40小时，在空气中自然干燥得到的样品标记为C；其中，C为掺有液体前驱体的热解碳-碳纤维复合体。
将样品C置于在氩气氛围下，在1100度条件下，高温热处理5小时，然后自然冷却得到样品D；其中，D为5-12微米的热解碳-碳纤维复合体和400-600纳米的硅-碳化硅复合纳米线形成的第一混合物。
(3) 将酚醛微球置于真空炉中，在900度条件下处理3小时，自然冷却得到样品E；其中，样品E为20-60纳米的碳微球。
(4) 将样品D和样品E按照质量比为4:1均匀混合，得到样品F；其中，样品F为5-12微米的热解碳-碳纤维复合体、400-600纳米的硅-碳化硅复合纳米线以及20-60纳米的碳微球形成的第二混合物。
(5) 将样品F和100-300纳米的硅粉按照质量比18:1均匀混合，即可得到呈三维树状结构的锂离子电池负极材料。
实施例6
(1) 将碳纤维置于高温炉中，在温度为1000度，甲烷流量为0.4 L/min，氩气流量为0.8L/min的条件下处理3小时，得到样品A；样品A为5-12微米且为核壳结构的热解碳-碳纤维复合体。
(2) 将正硅酸乙酯和无水乙醇按照1:5的摩尔比例混合，搅拌均匀，然后加入盐酸，盐酸与正硅酸乙酯的比例为1:13，继续搅拌2小时，所得液体标记为B；B为含有硅-碳化硅复合纳米线的液体前驱体。
将样品A浸泡到液体B中，常温浸泡36小时，在空气中自然干燥得到的样品标记为C；其中，C为掺有液体前驱体的热解碳-碳纤维复合体。
将样品C置于在氩气氛围下，在1050度条件下，高温热处理5小时，然后自然冷却得到样品D；其中，D为5-12微米的热解碳-碳纤维复合体和400-600纳米的硅-碳化硅复合纳米线形成的第一混合物。
(3) 将酚醛微球置于真空炉中，在750度条件下处理1小时，自然冷却得到样品E；其中，样品E为20-60纳米的碳微球。
(4) 将样品D和样品E按照质量比为2:1均匀混合，得到样品F；其中，样品F为5-12微米的热解碳-碳纤维复合体、400-600纳米的硅-碳化硅复合纳米线以及20-60纳米的碳微球形成的第二混合物。
(5) 将样品F和100-300纳米的硅粉按照质量比10:1均匀混合，即可得到呈三维树状结构的锂离子电池负极材料。
实施例7
(1) 将碳纤维置于高温炉中，在温度为950度，甲烷流量为0.2 L/min，氩气流量为1.0L/min的条件下处理2小时，得到样品A；样品A为5-12微米且为核壳结构的热解碳-碳纤维复合体。
(2) 将正硅酸乙酯和无水乙醇按照1:4的摩尔比例混合，搅拌均匀，然后加入盐酸，盐酸与正硅酸乙酯的比例为1:13，继续搅拌2小时，所得液体标记为B；B为含有硅-碳化硅复合纳米线的液体前驱体。
将样品A浸泡到液体B中，常温浸泡40小时，在空气中自然干燥得到的样品标记为C；其中，C为掺有液体前驱体的热解碳-碳纤维复合体。
将样品C置于在氩气氛围下，在1150度条件下，高温热处理5小时，然后自然冷却得到样品D；其中，D为5-12微米的热解碳-碳纤维复合体和400-600纳米的硅-碳化硅复合纳米线形成的第一混合物。
(3) 将酚醛微球置于真空炉中，在850度条件下处理3小时，自然冷却得到样品E；其中，样品E为20-60纳米的碳微球。
(4) 将样品D和样品E按照质量比为4:1均匀混合，得到样品F；其中，样品F为5-12微米的热解碳-碳纤维复合体、400-600纳米的硅-碳化硅复合纳米线以及20-60纳米的碳微球形成的第二混合物。
(5) 将样品F和100-300纳米的硅粉按照质量比10:1均匀混合，即可得到呈三维树状结构的锂离子电池负极材料。
可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种锂离子电池负极材料，其特征在于，包括直径为5-12微米且为核壳结构的热解碳-碳纤维复合体、直径为400-600纳米的硅-碳化硅复合纳米线、直径为100-300纳米的硅粉、直径为20-60纳米的碳微球；
所述热解碳-碳纤维复合体、所述硅-碳化硅复合纳米线、所述硅粉以及所述碳微球通过混合形成三维树状结构；其中，所述热解碳-碳纤维复合体形成所述三维树状结构中的主干；所述硅-碳化硅复合纳米线形成所述三维树状结构中的枝干；所述硅粉以及所述碳微球填充于所述热解碳-碳纤维复合体和所述硅-碳化硅复合纳米线之间形成的间隙；
所述热解碳-碳纤维复合体的质量百分比为60-75%；
所述硅-碳化硅复合纳米线的质量百分比为15-25%；
所述碳微球的质量百分比为15-25%；
所述硅粉的质量百分比为余量。
2.一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备直径为5-12微米且为核壳结构的热解碳-碳纤维复合体：向碳纤维通入惰性气体和碳源气体，使所述碳纤维与所述碳源气体在高温条件下进行处理得到直径为5-12微米且为核壳结构的热解碳-碳纤维复合体；
S2、制备直径为5-12微米且为核壳结构的热解碳-碳纤维复合体和直径为400-600纳米的硅-碳化硅复合纳米线形成的第一混合物：制备含有硅-碳化硅复合纳米线的液体前驱体，将步骤S1制得的热解碳-碳纤维复合体浸泡于所述液体前驱体中并经过静置、风干以及高温处理得到所述第一混合物；
S3、制备直径为20-60纳米的碳微球：将酚醛微球置于真空下高温处理得到碳微球；
S4、制备由第一混合物以及直径为20-60纳米的碳微球形成的第二混合物：将所述第一混合物和所述碳微球按第二设定比例混合得到所述第二混合物；其中，所述第一混合物和所述碳微球的第二设定比例为质量比，所述第二设定比例为1:1~5:1；
S5、将所述第二混合物和直径为100-300纳米的硅粉按照第三设定比例混合得到权利要求1所述锂离子电池负极材料。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述高温条件的温度为800~1000度。
4.根据权利要求2所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述碳源气体为甲烷；
所述惰性气体为氩气。
5.根据权利要求2所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述碳源气体的流量为0.2~0.5 L/min；
所述惰性气体的流量为0.5~1.0 L/min。
6.根据权利要求2所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
S2.1、制备所述液体前驱体：将正硅酸乙酯和无水乙醇按照第一设定比例混合，并通过搅拌均匀，然后加入盐酸，再继续搅拌得到所述液体前驱体；
S2.2、将步骤S1制得的热解碳-碳纤维复合体浸泡于所述液体前驱体中并在常温环境下静置设定时间后通过风干得到掺有液体前驱体的热解碳-碳纤维复合体，再通过置于惰性气体环境中高温处理得到所述第一混合物。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2.1中，所述正硅酸乙酯和无水乙醇的第一设定比例为摩尔比例，所述第一设定比例为1:5~1:2；
在所述步骤S2.1中，所述盐酸与所述正硅酸乙酯的质量比为1:10~1:15；
在所述步骤S2.2中，所述高温处理的温度为1000~1200度。
8.根据权利要求2所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，将酚醛微球置于真空下高温处理的温度为700~900度。
9.根据权利要求2所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，
在所述步骤S5中，所述第二混合物和所述硅粉的第三设定比例为质量比，所述第三设定比例为10:1~20:1。
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