CN111755684A - 一种锂离子电池用硅碳负极材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池用硅碳负极材料及其制备方法，所述负极材料包含纳米硅和气相碳源，纳米硅分散于整个复合材料中，纳米硅的表面的一部分被气相沉积的碳源所覆盖，所述纳米硅中值粒度D50在100nm以下；纳米硅的晶粒在10nm以下；气相沉积碳源的平均厚度为10～200nm；所述纳米硅中含有氧，氧元素的质量含量为5～30％，所述负极材料中含有60％～90wt.％的纳米硅，10％～40wt.％的气相碳源；相比于现有技术，本发明制备的锂离子电池用硅碳负极材料具有优异的电化学性能。

Description

一种锂离子电池用硅碳负极材料及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池用硅碳负极材料及其制备方法。
背景技术
目前常规的锂离子负极材料以石墨负极为主，但石墨负极的理论比容量仅为372mAh/g，已无法满足用户的迫切需求。硅的理论容量高达4200mAh/g，是石墨负极材料容量的10倍以上，同时，硅碳复合品的库伦效率也和石墨负极接近，且价格便宜、环境友好、地球储量丰富，是新一代高容量负极材料的最优选择。但由于硅材料本身导电性差，且硅在充电时体积膨胀高达300％，充放电过程中的体积膨胀容易导致材料结构的崩塌和电极的剥落、粉化，造成活性材料损失，进而导致电池容量锐减，循环性能严重恶化。
为了稳定充放电过程中硅的结构，缓解膨胀，达到改善电化学性能的效果，急需一种高电导率和高比表面积的碳材料，和硅混合使用作为锂电池负极材料。
发明内容
为了解决上述硅碳负极材料存在的问题，本发明提供一种锂离子电池用硅碳负极材料及其制备方法，本发明所述负极材料包含纳米硅和气相碳源，纳米硅通过湿法研磨制备，能极大的提升负极材料的比容量，同时该方法制备的纳米硅的粒度和晶粒尺寸较小，有良好的动力学，能大规模生产，达到性能可控；由于纳米硅颗粒间的缝隙较小，用气相沉积的碳源能达到良好的包覆效果，起到保护壳和提升电子电导率的作用。
具体的，本发明涉及一种锂离子电池用硅碳负极材料，其特征在于：
所述负极材料包含纳米硅和气相碳源，纳米硅分散于整个复合材料中，纳米硅的表面的一部分被气相沉积的碳源所覆盖，所述纳米硅通过Mastersizer 3000粒度分析仪检测，中值粒度D50在100nm以下；所述纳米硅通过X射线衍射图案分析，根据2θ＝28.4°附近的归属于Si(111)的衍射峰的半峰宽值，由Scherrer式计算出纳米硅的晶粒在10nm以下；通过TEM对整个复合材料进行扫描，测得气相沉积碳源的平均厚度为10～200nm。
优选的，所述纳米硅中含有氧，氧元素的质量含量为5～30％，优选10～20％。
优选的，所述负极材料中含有60％～90wt.％的纳米硅，10％～40wt.％的气相碳源。
优选的，所述负极材料的比表面积为1～20m2/g，优选2～10m2/g；所述负极材料的中值粒径D50为1～30μm，优选3～20μm；所述负极材料的水分含量为0.01～1wt.％，优选0.05～0.5wt.％；所述负极材料的振实密度为0.3～1.4g/cm3，优选0.5～1.0g/cm3。
本发明还涉及上述任一项所述的锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)纳米硅浆料的制备：将硅粉原料和助磨剂加入到有机溶剂中，混合均匀后，导入研磨设备中，研磨30～60h，得到纳米硅浆料；
(2)雾化干燥：将步骤(1)中的纳米硅浆料通过喷雾干燥机进行雾化干燥，得到纳米硅干粉；
(3)机械整形：将步骤(2)中的纳米硅干粉进行机械整形，得到粒度分布集中，形貌规整的纳米硅颗粒；
(4)气相碳源覆盖：将步骤(3)中的纳米硅颗粒置于气相沉积炉中，通入保护气体，再通入碳源气体，升温加热，使气相碳源沉积并覆盖在纳米硅颗粒上，得到硅碳负极材料。
优选的，步骤(1)中所述的硅粉原料为多晶硅，硅粉原料的纯度＞99.9％，硅粉原料的中值粒径为1～100μm，优选3～20μm；
所述助磨剂为氯化铝、聚合醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、焦磷酸钠、三聚磷酸钠、丙烯酸钠、十八酸钠、聚丙烯酸钠、亚甲基双萘磺酸钠、柠檬酸钾、环烷酸铅、亚甲基双萘磺酸钠、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物或古尔胶中的一种或多种；
所述有机溶剂为甲醇、甲苯、苯甲醇、乙醇、乙二醇、氯化乙醇、丙醇、异丙醇、丙二醇、丁醇、正丁醇、异丁醇、戊醇、新戊醇、辛醇、丙酮或环已酮的一种或多种；
所述硅粉原料与分散剂的质量比是100：(1～20)，优选100：(5～15)；加入溶剂后，混合溶液的固含量是10～40％，优选20～30％；
所述湿法研磨设备为砂磨机，砂磨机搅拌轴的结构形状为盘式，棒式或棒盘式中的一种，砂磨机的最高线速度＞14m/s；
所述球磨珠的材质选自陶瓷，氧化锆，氧化铝或硬质合金，球磨珠与微米硅粉的质量比是为(10～30):1。
优选的，步骤(2)中所述的喷雾干燥机为闭式喷雾干燥机，其热空气进口温度为150～300℃，优选160～280℃；出口温度为80～140℃，优选90～130℃；
所述喷雾干燥机中雾化盘的转速＞10000rpm。
优选的，步骤(3)所述的机械整形包括粉碎、分级和过筛，具体工艺步骤为：
将步骤(2)中得到的纳米硅干粉，经粉碎机处理，调节主机强度为30～50Hz，调节分级强度为30～50Hz，将纳米硅干粉的粒度尺寸降低，并通过分级除去微小细粉，再将粉料进行筛分，除去大颗粒，筛网目数为100～400目，得到粒度分布集中，形貌规整的纳米硅干粉。
优选的，步骤(4)所述气相碳源沉积过程的升温速率是1～3℃/min，碳沉积温度是600～900℃，有机碳源气体的流量为1～5L/min，反应持续时间是1～4h；
所述有机碳源气体是甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、丙酮、丁烷、丁烯、戊烷、己烷、苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、萘、苯酚、呋喃、吡啶、蒽、液化气中的一种或两种以上的组合；
所述保护性气体为氮气、氦气、氖气、氩气中的一种。
本发明还涉及一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池负极材料为上述任一项所述的锂离子电池用硅碳负极材料。
与现有技术相比，本发明优点在于：
(1)本发明制备的硅碳负极材料通过湿法研磨制备的纳米硅，得到的纳米硅的中值粒度D50在100nm以下，纳米硅的晶粒在10nm以下，降低了硅的绝对体积膨胀，并提升了纳米硅在负极材料中的动力学；
(2)本发明制备的硅碳负极材料通过雾化干燥和机械整形工艺对纳米硅浆料进行处理，一方面利用雾化设备对纳米硅浆料中的有机溶剂进行回收利用，达到环保、节省成本的效果，同时通过调节雾化设备的参数以及机械整形参数，得到粒度分布集中，形貌规整的纳米硅颗粒；
(3)本发明制备的硅碳负极材料将通过气相沉积法将碳源沉积在纳米硅颗粒上，形成碳包覆层，测得气相沉积碳源的厚度为10～200nm，一方面可以提升负极材料的电导率、降低内阻，同时可以隔离电解液的侵蚀，极大的提高了负极材料的循环性能；
(4)本发明制备的硅碳负极材料具有优异的电化学性能，首次可逆容量高(＞2200mAh/g)、首次库伦效率高(>86％)。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例1制得的纳米硅的SEM图；
图2是本发明实施例1制得的纳米硅的XRD图；
图3是本发明实施例1制得的硅碳负极材料颗粒的TEM图；
图4是本发明实施例1制得的扣式电池的首次充放电曲线；
图5是本发明实施例1制得的18650圆柱电池的在1C/1C倍率下的循环曲线。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)纳米硅浆料的制备：将中值粒径为3μm多晶硅粉1000g和聚乙烯吡咯烷酮10g，按照质量比硅粉：聚乙烯吡咯烷酮＝100：1，加入到甲醇中，混合溶液固含量是20％，将混合浆料导入砂磨机中，其中研磨珠氧化锆球和硅粉的质量比是10:1，研磨时间为50h，得到所需的纳米硅浆料；该纳米硅浆料通过Mastersizer 3000粒度分析仪检测，纳米硅的中值粒径为72nm；
(2)雾化干燥：将步骤(1)中的纳米硅浆料通过闭式喷雾干燥机进行雾化干燥，喷雾干燥机的热空气进口温度为190℃，出口温度为110℃，得到纳米硅干粉；
(3)机械整形：将步骤(2)中得到的纳米硅干粉，经粉碎机处理，调节主机强度为50Hz，调节分级强度为50Hz，将纳米硅干粉的粒度尺寸降低，并通过分级除去微小细粉，再将粉料进行筛分，除去大颗粒，筛网目数为400目，得到粒度分布集中，形貌规整的纳米硅干粉；所述纳米硅干粉通过X射线衍射图案分析，根据2θ＝28.4°附近的归属于Si(111)的衍射峰的半峰宽值，由Scherrer式计算出纳米硅的晶粒为6.9nm；通过氧氮氢分析仪检测得到纳米硅干粉中氧元素的质量含量为17％；
(4)气相碳源覆盖：将步骤(3)中形貌规整的纳米硅干粉置于气相沉积炉中，通入氮气排除空气至氧含量低于100ppm，然后以3℃/min的升温速度，升温到900℃，再通入甲烷进行气相沉积，流量为1L/min，控制反应时间为1h，形成均匀的质量占比为10wt％的碳包覆层，得到硅碳负极材料；通过TEM对硅碳负极材料进行扫描，测得气相沉积碳源的厚度为10～30nm。
实施例2
(1)纳米硅浆料的制备：将中值粒径为8μm多晶硅粉1000g和十二烷基硫酸钠50g，按照质量比硅粉：十二烷基硫酸钠＝100：5，加入到丙醇中，混合溶液固含量是20％，将混合浆料导入砂磨机中，其中研磨珠硬质合金球和硅粉的质量比是10:1，研磨时间为60h，得到所需的纳米硅浆料；该纳米硅浆料通过Mastersizer 3000粒度分析仪和检测，纳米硅的中值粒径为78nm；
(2)雾化干燥：将步骤(1)中的纳米硅浆料通过闭式喷雾干燥机进行雾化干燥，喷雾干燥机的热空气进口温度为280℃，出口温度为130℃，得到纳米硅干粉；
(3)机械整形：将步骤(2)中得到的纳米硅干粉，经粉碎机处理，调节主机强度为40Hz，调节分级强度为40Hz，将纳米硅干粉的粒度尺寸降低，并通过分级除去微小细粉，再将粉料进行筛分，除去大颗粒，筛网目数为300目，得到粒度分布集中，形貌规整的纳米硅干粉；所述纳米硅干粉通过X射线衍射图案分析，根据2θ＝28.4°附近的归属于Si(111)的衍射峰的半峰宽值，由Scherrer式计算出纳米硅的晶粒为7.4nm；通过氧氮氢分析仪检测得到纳米硅干粉中氧元素的质量含量为26％；
(4)气相碳源覆盖：将步骤(3)中形貌规整的纳米硅干粉置于气相沉积炉中，通入氩气排除空气至氧含量低于100ppm，然后以2℃/min的升温速度，升温到800℃，再通入乙炔进行气相沉积，流量为2L/min，控制反应时间为2h，形成均匀的质量占比为20wt％的碳包覆层，得到硅碳负极材料；通过TEM对硅碳负极材料进行扫描，测得气相沉积碳源的厚度为50～80nm。
实施例3
(1)纳米硅浆料的制备：将中值粒径为15μm多晶硅粉1000g和古尔胶100g，按照质量比硅粉：古尔胶＝100：10，加入到丙酮中，混合溶液固含量是30％，将混合浆料导入砂磨机中，其中研磨珠不锈钢球和硅粉的质量比是10:1，研磨时间为40h，得到所需的纳米硅浆料；该纳米硅浆料通过Mastersizer 3000粒度分析仪检测，纳米硅的中值粒径为85nm；
(2)雾化干燥：将步骤(1)中的纳米硅浆料通过闭式喷雾干燥机进行雾化干燥，喷雾干燥机的热空气进口温度为200℃，出口温度为100℃，得到纳米硅干粉；
(3)机械整形：将步骤(2)中得到的纳米硅干粉，经粉碎机处理，调节主机强度为35Hz，调节分级强度为35Hz，将纳米硅干粉的粒度尺寸降低，并通过分级除去微小细粉，再将粉料进行筛分，除去大颗粒，筛网目数为250目，得到粒度分布集中，形貌规整的纳米硅干粉；所述纳米硅干粉通过X射线衍射图案分析，根据2θ＝28.4°附近的归属于Si(111)的衍射峰的半峰宽值，由Scherrer式计算出纳米硅的晶粒为8.3nm；通过氧氮氢分析仪检测得到纳米硅干粉中氧元素的质量含量为13％；
(4)气相碳源覆盖：将步骤(3)中形貌规整的纳米硅干粉置于气相沉积炉中，通入氮气排除空气至氧含量低于100ppm，然后以3℃/min的升温速度，升温到700℃，再通入甲烷进行气相沉积，流量为3L/min，控制反应时间为3h，形成均匀的质量占比为30wt％的碳包覆层，得到硅碳负极材料；通过TEM对硅碳负极材料进行扫描，测得气相沉积碳源的厚度为90～130nm。
实施例4
(1)纳米硅浆料的制备：将中值粒径为20μm多晶硅粉1000g和脂肪酸聚乙二醇酯150g，按照质量比硅粉：脂肪酸聚乙二醇酯＝100：15，加入到异丙醇中，混合溶液固含量是30％，将混合浆料导入砂磨机中，其中研磨陶瓷球和硅粉的质量比是10:1，研磨时间为30h，得到所需的纳米硅浆料；该纳米硅浆料通过Mastersizer 3000粒度分析仪检测，纳米硅的中值粒径为97nm；
(2)雾化干燥：将步骤(1)中的纳米硅浆料通过闭式喷雾干燥机进行雾化干燥，喷雾干燥机的热空气进口温度为160℃，出口温度为90℃，得到纳米硅干粉；
(3)机械整形：将步骤(2)中得到的纳米硅干粉，经粉碎机处理，调节主机强度为30Hz，调节分级强度为30Hz，将纳米硅干粉的粒度尺寸降低，并通过分级除去微小细粉，再将粉料进行筛分，除去大颗粒，筛网目数为200目，得到粒度分布集中，形貌规整的纳米硅干粉；所述纳米硅干粉通过X射线衍射图案分析，根据2θ＝28.4°附近的归属于Si(111)的衍射峰的半峰宽值，由Scherrer式计算出纳米硅的晶粒为9.7nm；通过氧氮氢分析仪检测得到纳米硅干粉中氧元素的质量含量为8％；
(4)气相碳源覆盖：将步骤(3)中形貌规整的纳米硅干粉置于气相沉积炉中，通入氦气排除空气至氧含量低于100ppm，然后以3℃/min的升温速度，升温到600℃，再通入天然气进行气相沉积，流量为5L/min，控制反应时间为4h，形成均匀的质量占比为40wt％的碳包覆层，得到硅碳负极材料；通过TEM对硅碳负极材料进行扫描，测得气相沉积碳源的厚度为150～200nm。
对比例1
与实施例1的区别在于不进行步骤(1)，即硅粉原料不进行纳米化，其余同实施例1，这里不再赘述。
对比例2
与实施例1的区别在于步骤(1)中，通过控制研磨时间和球料比参数，将纳米硅的粒径D50调整为172nm，由Scherrer式计算出此时纳米硅的晶粒为19.6nm。其余同实施例1，这里不再赘述。
对比例3
与实施例1的区别在于步骤(1)中，通过控制研磨时间和球料比参数，将纳米硅的粒径D50调整为458nm，由Scherrer式计算出纳米硅的晶粒为52.7nm。其余同实施例1，这里不再赘述。
对比例4
与实施例1的区别在于步骤(2)中，纳米硅浆料不通过雾化干燥，而是常规的加热干燥，其余同实施例1，这里不再赘述。
对比例5
与实施例1的区别在于步骤(3)中，纳米硅干粉不经过机械整形，其余同实施例1，这里不再赘述。
对比例6
与实施例1的区别在于不进行步骤(4)，即，纳米硅干粉不进行碳包覆，其余同实施例1，这里不再赘述。
对比例7
与实施例1的区别在于步骤(4)中碳包覆层不是通过气相沉积法制备，而是固相混合包覆，其余同实施例1，这里不再赘述。
对比例8
与实施例1的区别在于步骤(1)中，延长研磨时间到90h，其余同实施例1，这里不再赘述。
通过氧氮氢分析仪检测得到纳米硅干粉中氧元素的质量含量为39％。
对比例9
与实施例1的区别在于步骤(4)中，通过提高甲烷气相沉积的流量和时间，使包覆层的质量占比为50wt％，其余同实施例1，这里不再赘述。
采用以下方法对实施例1至4和对比例1至9中硅碳负极材料进行测试：
采用马尔文激光粒度仪Mastersizer 3000测试材料粒度范围。
采用场发射扫描电镜(SEM)(JSM-7160)分析材料的形貌和图形处理。
采用氧氮氢分析仪(ONH)精准、快速的测定材料中的氧元素含量。
采用XRD衍射仪(X’Pert3 Powder)对材料进行物相分析，确定材料的晶粒尺寸。
采用场发射型透射电子显微镜(TEM)(JEM-F200)分析材料的形貌和无定型碳的状态。
采用美国麦克比表与孔隙分析仪(TriStar II 3020)测定负极材料的比表面积。
采用振实密度分析仪(康塔Autotap单站)测定负极材料的振实密度。
采用库仑法卡氏水分测定仪测定负极材料中的水分含量。
将实施例1至4和对比例1至9中得到的硅碳负极材料，按负极材料、导电剂炭黑(Super P)、碳纳米管和LA133胶按质量比91:2:2:5混合在溶剂纯水中，进行匀浆，控制固含量在45％，涂覆于铜箔集流体上，真空烘干、制得负极极片。在氩气气氛手套箱中组装扣式电池，所用隔膜为Celgard2400，电解液为1mol/L的LiPF6/EC+DMC+EMC(v/v＝1:1:1)，对电极是金属锂片。对扣式电池进行充放电测试，电压区间是5mV～1.5V，电流密度为80mA/g。测得实施例和对比例中硅碳负极材料的首次可逆容量和效率。
根据扣式电池中实测的首次可逆容量，将实施例和对比例中的硅碳负极材料与同一款稳定的人造石墨进行混合，混合后粉末的扣式电池测试的首次可逆容量为420±2mAh/g。将混合后的粉末按扣式电池工艺制备负极极片，正极为成熟工艺制备的三元极片、隔离膜和电极液不变，组装成18650圆柱单体电池。对18650圆柱单体电池进行充放电测试，电压区间是2.5mV～4.2V，电流密度为420mA/g
扣式电池和18650圆柱单体电池的测试设备均为武汉金诺电子有限公司的LAND电池测试***。
实施例1至4与对比例1至9中硅碳负极材料的性能测试结果：
表1实施例1至4与对比例1至9中硅碳负极材料的物性指标和扣电测试结果：
Figure BDA0002570606590000081
由表1可见，采用本申请所述方法制备的硅碳负极材料，包含纳米硅和气相碳源，纳米硅分散于整个复合材料中，纳米硅的表面的至少一部分被气相沉积的碳源所覆盖。可通过纳米硅研磨工艺调整所得纳米硅的晶粒尺寸，由Scherrer式计算出纳米硅的晶粒在10nm以下。通过气相沉积碳源工艺，可得到不同厚度的碳源包覆层，通过TEM对整个复合材料进行扫描，测得气相沉积碳源的厚度为10～200nm。通过雾化干燥和机械整形可调节硅碳复合材料的比表面积、中值粒径D50、水分、振实密度等物性参数指标。实施例1-4中，随着纳米硅中值粒径的逐渐增大、硅晶粒尺寸逐渐增大、气相沉积碳源质量比例逐渐增高和雾化干燥、机械整形参数的调整，硅碳负极材料的比表面积呈逐渐降低趋势(8.9～2.1m2/g)、中值粒径D50呈逐渐增大趋势(3.2～18.3μm)、水分含量呈逐渐增大趋势(0.19～0.41wt.％)、振实密度呈逐渐增大趋势(0.61～0.94g/cm3)、首次可逆容量呈逐渐降低趋势(2236.9～1032.7mAh/g)、首次库伦效率呈逐渐降低趋势(86.3～82.1％)、圆柱电池的循环性能呈逐渐降低趋势(87.2～80.8％)。
对比例1-3中，硅碳负极材料的硅粉原料不进行纳米化或者纳米硅的中值粒径尺寸和硅晶粒尺寸远远大于实施例1的规格时，得到的硅碳负极材料的首次可逆容量、首次库伦效率和循环性能都较差，远远比不上实施例1中制备的负极材料；对比例4中，纳米硅浆料不通过雾化干燥，而是常规的加热干燥，不仅得到的硅碳负极材料的首次可逆容量(1419.3mAh/g)和首次库伦效率较差(75.9％)，而且硅碳负极材料的中值粒径D50(21.9μm)和水分含量偏大(1.58wt.％)；对比例5中，纳米硅干粉不经过机械整形，得到的硅碳负极材料的中值粒径D50(32.4μm)明显过大，也恶化了首次可逆容量、首次库伦效率性能和循环性能；对比例6中，纳米硅干粉不进行碳包覆，得到的硅碳负极材料的比表面积太大(47.4m2/g)，虽其首次可逆容量发挥较高，但首次库伦效率性能明显偏低，仅57.1％，且循环性能明显变差，仅21.9％；对比例7中，碳包覆层不是通过气相沉积法制备，而是固相混合包覆，得到的硅碳负极材料的首次库伦效率偏低，为82.6％，循环性能也较差，为81.7％。对比例8中，延长研磨时间到90h，通过氧氮氢分析仪检测得到纳米硅干粉中氧元素的质量含量为39％，得到的硅碳负极材料的首次容量发挥和首次效率明显变差，同时影响电池的循环性能。对比例9中，通过提高甲烷气相沉积的流量和时间，使包覆层的质量占比为50wt％，得到的硅碳负极材料的首次可逆容量仅957.1mAh/g，远远低于实施例1，而且循环性能也较差。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池用硅碳负极材料，其特征在于：
所述负极材料包含纳米硅和气相碳源，纳米硅分散于整个复合材料中，纳米硅的表面的一部分被气相沉积的碳源所覆盖，所述纳米硅通过Mastersizer 3000粒度分析仪检测，中值粒度D50在100nm以下；所述纳米硅通过X射线衍射图案分析，根据2θ＝28.4°附近的归属于Si(111)的衍射峰的半峰宽值，由Scherrer式计算出纳米硅的晶粒在10nm以下；通过TEM对整个复合材料进行扫描，测得气相沉积碳源的平均厚度为10～200nm。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用硅碳负极材料，其特征在于，所述纳米硅中含有氧，氧元素的质量含量为5～30％，优选10～20％。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用硅碳负极材料，其特征在于，所述负极材料中含有60％～90wt.％的纳米硅，10％～40wt.％的气相碳源。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用硅碳负极材料，其特征在于：所述负极材料的比表面积为1～20m2/g，优选2～10m2/g；所述负极材料的中值粒径D50为1～30μm，优选3～20μm；所述负极材料的水分含量为0.01～1wt.％，优选0.05～0.5wt.％；所述负极材料的振实密度为0.3～1.4g/cm3，优选0.5～1.0g/cm3。
5.一种权利要求1至4任一项所述的锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)纳米硅浆料的制备：将硅粉原料和助磨剂加入到有机溶剂中，混合均匀后，导入研磨设备中，研磨30～60h，得到纳米硅浆料；
(2)雾化干燥：将步骤(1)中的纳米硅浆料通过喷雾干燥机进行雾化干燥，得到纳米硅干粉；
(3)机械整形：将步骤(2)中的纳米硅干粉进行机械整形，得到粒度分布集中，形貌规整的纳米硅颗粒；
(4)气相碳源覆盖：将步骤(3)中的纳米硅颗粒置于气相沉积炉中，通入保护气体，再通入碳源气体，升温加热，使气相碳源沉积并覆盖在纳米硅颗粒上，得到硅碳负极材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的硅粉原料为多晶硅，硅粉原料的纯度＞99.9％，硅粉原料的中值粒径为1～100μm，优选3～20μm；
所述助磨剂为氯化铝、聚合醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、焦磷酸钠、三聚磷酸钠、丙烯酸钠、十八酸钠、聚丙烯酸钠、亚甲基双萘磺酸钠、柠檬酸钾、环烷酸铅、亚甲基双萘磺酸钠、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物或古尔胶中的一种或多种；
所述有机溶剂为甲醇、甲苯、苯甲醇、乙醇、乙二醇、氯化乙醇、丙醇、异丙醇、丙二醇、丁醇、正丁醇、异丁醇、戊醇、新戊醇、辛醇、丙酮或环已酮的一种或多种；
所述硅粉原料与分散剂的质量比是100：(1～20)，优选100：(5～15)；加入溶剂后，混合溶液的固含量是10～40％，优选20～30％；
所述湿法研磨设备为砂磨机，砂磨机搅拌轴的结构形状为盘式，棒式或棒盘式中的一种，砂磨机的最高线速度＞14m/s；
所述球磨珠的材质选自陶瓷，氧化锆，氧化铝或硬质合金，球磨珠与微米硅粉的质量比是为(10～30):1。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的喷雾干燥机为闭式喷雾干燥机，其热空气进口温度为150～300℃，优选160～280℃；出口温度为80～140℃，优选90～130℃；
所述喷雾干燥机中雾化盘的转速＞10000rpm。
8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的机械整形包括粉碎、分级和过筛，具体工艺步骤为：
将步骤(2)中得到的纳米硅干粉，经粉碎机处理，调节主机强度为30～50Hz，调节分级强度为30～50Hz，将纳米硅干粉的粒度尺寸降低，并通过分级除去微小细粉，再将粉料进行筛分，除去大颗粒，筛网目数为100～400目，得到粒度分布集中，形貌规整的纳米硅干粉。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述气相碳源沉积过程的升温速率是1～3℃/min，碳沉积温度是600～900℃，有机碳源气体的流量为1～5L/min，反应持续时间是1～4h；
所述有机碳源气体是甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、丙酮、丁烷、丁烯、戊烷、己烷、苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、萘、苯酚、呋喃、吡啶、蒽、液化气中的一种或两种以上的组合；
所述保护性气体为氮气、氦气、氖气、氩气中的一种。
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池负极材料为权利要求1-4任一项所述的锂离子电池用硅碳负极材料。
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