CN114649523A - 硅碳负极材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及二次电池技术领域，提供了一种硅碳负极材料及其制备方法。本申请提供的硅碳负极材料由硅粉和多孔碳基质组成，多孔碳基质具有孔道若干，硅粉分布于孔道中。将硅粉分布于多孔碳基质的孔道中，一方面，孔道可为硅的膨胀提供缓冲空间，有效改善硅的体积效应，提高其电化学稳定性，另一方面，一定程度上提高了硅粉的分散性，且无需引入其他成分，材料的纯度高，有利于提高材料的克容量。本申请提供的制备方法包括：将碳基质前驱体和硅粉进行混合处理，以使得硅粉附着在碳基质前驱体的表面，获得硅碳复合物；将硅碳复合物进行扩孔处理，以使得硅碳复合物中的碳基质前驱体形成多孔碳基质并使得硅粉进入多孔碳基质的孔道中。

Description

硅碳负极材料及其制备方法
技术领域
本申请属于二次电池技术领域，尤其涉及一种硅碳负极材料及其制备方法。
背景技术
硅负极材料在电池充放电过程中存在巨大的体积变化(200％-400％)，导致电极活性材料的脱落、粉化，甚至导致电极结构的损坏，导致电池容量迅速衰减，严重制约了其工业化应用。
由于碳材料结构稳定，在充放电过程中体积变化相对较小，具有较好的循环稳定性，且与硅的化学性质相近，人们常将Si和C复合，以达到改善硅的体积效应，提高其电化学稳定性的目的。目前将Si和C复合的方法包括：1)将纳米硅与石墨混合进行碳包覆，该法工艺繁琐，成本较高，且不能保证硅粒子的均匀分散；2)构建具有多孔结构的碳材料，然后将纳米硅镶嵌在多孔结构中，以达到改善硅负极材料的膨胀的目的。多孔结构常采用模板法制备，由于模板模型的构建及消除工序导致模板法的成本较高。为了将纳米硅镶嵌在多孔结构中，部分研究者将纳米硅和多孔活性炭置于溶液中进行超声分散，然后将混合物进行干燥，然而，由于多孔活性炭具有较高的比表面积，其较强的吸附能力会在超声过程中将溶液吸至其孔道内，阻碍纳米硅进入孔道，导致大部分纳米硅只能附着在孔道口处，降低了材料的容量，且对硅的体积效应的改善作用有限。
发明内容
本申请的目的在于提供一种硅碳负极材料及其制备方法，旨在解决现有硅负极材料在电池充放电过程中存在巨大的体积变化的问题。
本申请采用的技术方案如下：
第一方面，本申请提供了一种硅碳负极材料，由硅粉和多孔碳基质组成，所述多孔碳基质具有孔道若干，所述硅粉分布于所述孔道中。
本申请所提供的硅碳负极材料，硅粉分布于多孔碳基质的孔道中，一方面，孔道可为硅的膨胀提供缓冲空间，有效改善硅的体积效应，提高其电化学稳定性，另一方面，将硅粉分布于孔道中，一定程度上提高了硅粉的分散性，且无需引入其他成分，材料的纯度高，有利于提高材料的克容量。
第二方面，本申请提供了一种硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：
提供碳基质前驱体；
将所述碳基质前驱体和硅粉进行混合处理，以使得所述硅粉附着在所述碳基质前驱体的表面，获得硅碳复合物；
将所述硅碳复合物进行扩孔处理，以使得所述硅碳复合物中的碳基质前驱体形成多孔碳基质并使得所述硅粉进入所述多孔碳基质的孔道中，获得所述硅碳负极材料。
本申请所提供的硅碳负极材料的制备方法，将碳基质前驱体和硅粉进行混合处理后进行扩孔处理，实现在碳基质前驱体形成多孔碳基质的同时，使得附着在碳基质前驱体表面的硅粉可原位嵌入到多孔碳基质的孔道中，避免了溶液干扰，保证硅粉和多孔碳基质直接接触，促进硅粉进入多孔碳基质的孔道中，提高了分布于孔道中的硅粉数量，一定程度上提高了材料的克容量，方法简单，工艺成本低，适于硅碳负极材料的规模化制备。通过本申请方法制得的硅碳负极材料兼具有良好的电化学稳定性和克容量，可应用于制备锂离子电池。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种硅碳负极材料的截面图。
具体实施方式
为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请实施例提供了一种硅碳负极材料，如图1所示，该硅碳负极材料由硅粉和多孔碳基质组成，多孔碳基质具有孔道若干，硅粉分布于孔道中。
具体地，硅粉为呈颗粒状的硅材料，可选为本领域常规的硅颗粒，例如纳米硅颗粒。一些实施例中，硅粉的中粒径为20-200nm。
多孔碳基质为具有孔道结构的碳材料，且材料中的孔道若干。本申请实施例将硅粉分布于孔道中，一方面，孔道可为硅的膨胀提供缓冲空间，有效改善硅的体积效应，提高其电化学稳定性，另一方面，将硅粉分布于孔道中，一定程度上提高了硅粉的分散性，且无需引入其他成分，材料的纯度高，有利于提高材料的克容量。
可以理解的是，“孔道若干”表示多孔碳基质中孔道的数量大于等于两个。
在本申请实施例中，硅粉主要通过物理沉积而镶嵌在孔道中，以进一步提高硅碳负极材料的结构稳定性，有效抑制硅的体积效应，从而提高材料的电化学稳定性。此外，硅粉还可以化学键键合在孔道内壁，例如当硅碳复合材料主要采用高温烧结的方法制得时，高温下硅粉和碳发生熔融，部分硅粉气化，发生气相或固相共沉积而沉积到多孔碳碳基质表面，形成非金属多相物质(可以理解为Si-C-Si-C原子相互排列的物质)，并以Si-C键或C-C键固定于孔道内壁。
多孔碳基质的孔道结构可参考本领域的常规结构，更为具体地，多孔碳基质中的孔道自材料表面延伸至材料内部，可延伸至材料中心，也可延伸至材料表面和材料中心之间的任意部位。此外，多孔碳基质中的孔道分布主要呈树枝状形状，靠近材料表面的孔道直径较大，靠近材料表面的孔道直径较小。其中，可根据孔道直径的大小，将同一孔道的不同部位或不同孔道划分为微孔、中孔和大孔。
一些实施例中，孔道包括微孔、中孔和大孔，硅粉分布于中孔和/或大孔中，以中孔、大孔作为实际储存硅粉的孔道，有利于提高孔道中硅粉的数量，从而提高材料的克容量。
一些实施例中，中孔的体积大于或等于孔道的总体积的20％，且大孔的体积大于或等于孔道的总体积的40％。在硅粉主要分布于中孔和大孔的基础上，通过调整多孔碳基质的中孔和大孔的数量在上述范围内，有利于进一步提高材料中硅粉的数量，从而提高材料的克容量。
一些实施例中，微孔的孔径小于2nm，中孔的孔径为2-50nm，大孔的孔径大于50nm。在硅粉的中粒径为20-50nm的基础上，可促进硅粉主要分布于多孔碳基质的中孔、大孔中，提高材料中的硅粉的储存量，从而提高材料的克容量。进一步地，分布于中孔中的硅粉大于硅粉的总量的30％，分布于大孔中的硅粉大于硅粉的总量的60％。
多孔碳基质的表面性能影直接影响着材料性能，一些实施例中，多孔碳基质的比表面积为300-900m2/g。一些实施例中，多孔碳基质的孔隙率为10％-90％。
多孔碳基质可选为本领域的常规多孔碳材料。一些实施例中，多孔碳基质由生物质材料依次经焦化处理、扩孔处理而成，其中，生物质材料包括但不限于椰壳、核桃壳、木质素、秸秆、杏壳、海藻等，该类多孔碳基质为硬碳，本申请实施例将硅粉分布于该多孔碳基质的孔道中，有利于进一步改善硅的体积效应，而且，该类多孔碳基质具有较高的比容量，成本低，在与硅粉复合后可直接作为锂离子电池的负极材料。此外，多孔碳基质的形状包括但不限于球形、类球形、方块形、长条形等，具体可根据所制备的硅碳复合材料的性能需求进行灵活调整。
在本申请实施例中，硅粉不仅分布于孔道中，还分布于多孔碳基质的外表面，一些实施例中，分布于多孔碳基质的外表面的硅粉小于硅粉的总量的10％。如此，保证硅粉主要分布于孔道中，有利于提高硅碳负极材料的结构稳定性，从而提高材料的电化学稳定性。
在上述实施例的基础上，本申请实施例优化了硅碳负极材料中的硅粉含量以及硅碳负极材料的粒径，保证材料具有良好的电化学稳定性的同时，还具有良好的克容量。
一些实施例中，硅粉的重量百分含量为1％-11％。
一些实施例中，硅碳负极材料的粒径分别包括：2μm≤D10≤8μm，10μm≤D50≤18μm，15μm≤D90≤25μm。其中，D10表示累积10％的硅碳负极材料所对应的粒径大小，D50表示累积50％的硅碳负极材料所对应的粒径大小，表示累积90％的硅碳负极材料所对应的粒径大小。
基于上述技术方案，本申请实施例还提供了一种上述硅碳负极材料的制备方法。
相应地，上述硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：
S01、提供碳基质前驱体；
S02、将碳基质前驱体和硅粉进行混合处理，以使得硅粉附着在碳基质前驱体的表面，获得硅碳复合物；
S03、将硅碳复合物进行扩孔处理，以使得硅碳复合物中的碳基质前驱体形成多孔碳基质并使得硅粉进入多孔碳基质的孔道中，获得硅碳负极材料。
具体地，步骤S01中的碳基质前驱体作为形成多孔碳基质的前驱体，可选为本领域的常规碳材料，一些实施例中，碳基质前驱体为生物质材料经焦化处理的产物，该类碳材料为硬碳，由该碳材料形成的多孔碳基质与硅粉复合形成的硅碳负极材料有利于进一步改善硅的体积效应。
可以理解的是，焦化处理的方法可参考本领域的常规技术，焦化温度可参考生物质材料的种类进行灵活调整。一些实施例中，该碳基质前驱体的制备方法包括：在惰性气体气氛下，将生物质材料在500℃-700℃下进行焦化处理。其中，生物质材料选自椰壳、核桃壳、木质素、秸秆、杏壳、海藻中的至少一种。
在本申请说明书中，惰性气体指的是对反应惰性的保护性气体，包括但不限于氮气、氩气、氦气、氙气、氪气等。
步骤S02中，将碳基质前驱体和硅粉进行混合处理，以使得硅粉附着在碳基质前驱体的表面。
一些实施例中，将碳基质前驱体和硅粉进行混合处理的步骤包括：在惰性气体气氛下，采用高能球磨法将碳基质前驱体和硅粉进行混合处理。高能球磨法是通过球磨机的转动或振动使硬球对材料进行强烈的撞击、研磨和搅拌，最终形成纳米级微球的方法，将碳基质前驱体和硅粉采用高能球磨法在惰性气体气氛下进行混合处理，避免硅粉被氧化的同时，还可确保硅粉均匀地附着于碳基质前驱体的表面。具体实施例中，在氮气气氛下，将碳基质前驱体和硅粉置于高能球磨机中以10000-20000rpm的转速进行球磨处理2-10小时。
一些实施例中，硅粉的重量为硅粉和碳基质前驱体的总重量的1％-10％。
步骤S03中，将硅碳复合物进行扩孔处理，以使得硅碳复合物中的碳基质前驱体的微孔孔径进一步扩大形成孔道，从而形成多孔碳基质，并使得硅粉在扩孔过程中进入多孔碳基质的孔道中，从而获得上述硅碳负极材料。
多孔碳基质中的孔道结构，例如微孔、中孔和大孔的相对比例，以及分布于中孔、大孔中的硅粉数量取决于扩孔处理工艺。
一些实施例中，将硅碳复合物进行扩孔处理的步骤包括：在惰性气体气氛下，将硅碳复合物与水蒸气进行水煤气反应。水煤气反应所涉及的化学反应式包括：C+H2O→CO+H2，本申请实施例在碳基质前驱体表面附着硅粉后，将硅碳复合物与水蒸气进行水煤气反应，使得硅碳复合物中的碳基质前驱体所提供的C与水反应生成气体，从而在碳基质前驱体表面生成孔或塌陷而形成多孔碳基质，并使得原来附着在表面的硅粉随着多孔碳基质的形成而原位进入到孔道中，使得制备的硅碳负极材料中可容纳更多的硅粉，从而提高材料的克容量。
为了促进更多的硅粉进入孔道中，本申请实施例对将硅碳复合物与水蒸气进行水煤气反应的工艺条件进行了优化。
一些实施例中，将硅碳复合物与水蒸气进行水煤气反应的步骤中，温度控制为600℃-800℃，气压控制为5-15Pa。将气压控制为5-15Pa，以保证反应气氛纯度，防止空气中的氧气进入设备导致Si和C的氧化甚至燃烧；将温度控制为600℃-800℃，以使得硅碳复合物中的碳基质前驱体能够形成多孔碳基质并促进硅粉进入孔道中。当温度低于600℃时，则无法有效瓦解堵塞在碳基质前驱体微孔中的杂质而抑制多孔碳基质的形成，此外，也一定程度上降低了碳基质前驱体和硅粉的活性；当温度大于800℃时，则会导致形成的多孔碳基质中的孔道直径过大，导致硅粉在孔道内聚集而无法有效改善硅的体积效应。
在上述实施例的基础上，将硅碳复合物与水蒸气进行水煤气反应的步骤中，硅碳复合物与水蒸气的质量比优选为(10-60):1。通过控制硅碳复合物与水蒸气的质量比在上述范围内，以调整形成的多孔碳基质中孔道的孔径大小及分布，同时，由于孔径数量变化，使得材料中容纳的硅粉含量得以相应调整，一定程度上可调节材料的克容量。经测试，由此制得的硅碳复合材料中，孔道包括微孔、中孔和大孔，其中，微孔的孔径小于2nm，中孔的孔径为2-50nm，大孔的孔径大于50nm，且中孔的体积大于或等于孔道的总体积的20％，且大孔的体积大于或等于孔道的总体积的40％。而且，在硅粉的中粒径为20-200nm的基础上，调整硅碳复合物与水蒸气的质量比为(10-60):1，可有效促进硅粉在水煤气反应过程中进入多孔碳基质中，并使得多孔碳基质中可容纳较多的硅粒子，从而提高材料的克容量。
进一步地，上述制备方法还包括：对硅碳负极材料进行后处理。如一些实施例中，将硅碳负极材料采用高能球磨法进行表面处理，调节其粒径为D10：5-8μm，D50：12-15μm，D90：19-22μm。
综上，本申请实施例提供的上述制备方法，通过先将碳基质前驱体和硅粉进行混合处理后与水蒸气进行水煤气反应，实现在碳基质前驱体形成多孔碳基质的同时，使得附着在碳基质前驱体表面的硅粉可原位嵌入到多孔碳基质的孔道中，并通过调整水煤气反应的各工艺参数，调整形成的多孔碳基质中孔道的孔径大小及分布，进一步促进了硅粉进入在水煤气反应过程中进入多孔碳基质中，使得由此制得的硅碳负极材料兼具有良好的电化学稳定性和克容量，可应用于制备锂离子电池。
与现有技术相比，本申请实施例通过将碳基质前驱体和硅粉进行混合处理使得硅粉附着在碳基质前驱体的表面，然后进行水煤气反应以使得附着在碳基质前驱体表面的硅粉可原位嵌入到多孔碳基质的孔道中，避免了溶液干扰，保证硅粉和多孔碳基质直接接触，使得多孔碳基质中可容纳较多的硅粒子，实现了在解决现有硅负极材料在电池充放电过程中存在巨大的体积变化的问题的同时，有效提高材料的克容量。
以下通过实施例对本发明的实施进行举例说明。
实施例1
本实施例制备了一种硅碳负极材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将椰壳置于600℃下、氮气气氛中进行焦化，得到碳基质前驱体；
(2)取中粒径为20-200nm的纳米硅粉，与步骤(1)制得的碳基质前驱体进行混合后置于高能球磨机中，纳米硅粉为混合物的总质量的1％；将高能球磨机抽真空后通入高纯氮气体，密封球磨罐，调节高能球磨机转速为12000r/min，将混合物球磨12h，获得硅碳复合物；
(3)设置回转炉的温度为800℃，采用抽真空—通入反应气—抽真空的方式置换炉中气氛使得炉内气氛为高纯氮气和水蒸气的混合气，控制水蒸气与硅碳复合物的质量比为1:10，调节炉内气压为10Pa，然后，将步骤(2)制得的硅碳复合物通过加料斗缓慢加入到回转炉内，处理2h，获得硅碳负极材料；其中，相较于硅碳复合材料中的碳基质前驱体，硅碳负极材料中的多孔碳基质的质量损失为5％，且多孔碳基质的比表面积为400±10m2/g；
(4)将步骤(3)制备的硅碳负极材料采用高能球磨法进行表面处理，调节其粒径为D10：5-8μm，D50:12-15μm，D90：19-22μm。
经测试，本实施例制得的硅碳负极材料中，经ICP法测得Si的质量分数为1.05％；多孔碳基质的微孔比例＜5％，中孔(2nm-50nm)比例约为20％，纳米硅主要分布于大孔的内壁。
实施例2
本实施例制备了一种硅碳负极材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将椰壳置于600℃下、氮气气氛中进行焦化，得到碳基质前驱体；
(2)取中粒径为20-200nm的纳米硅粉，与步骤(1)制得的碳基质前驱体进行混合后置于高能球磨机中，纳米硅粉为混合物的总质量的8％；将高能球磨机抽真空后通入高纯氮气体，密封球磨罐，调节高能球磨机转速为12000r/min，将混合物球磨12h，获得中粒径为12-15μm的硅碳复合物；
(3)设置回转炉的温度为800℃，采用抽真空—通入反应气—抽真空的方式置换炉中气氛使得炉内气氛为高纯氮气和水蒸气的混合气，控制水蒸气与硅碳复合物的质量比为1:10，调节炉内气压为10Pa，然后，将步骤(2)制得的硅碳复合物通过加料斗缓慢加入到回转炉内，处理2h，获得硅碳负极材料；其中，相较于硅碳复合材料中的碳基质前驱体，硅碳负极材料中的多孔碳基质的质量损失为5％，且多孔碳基质的比表面积为400±10m2/g；
(4)将步骤(3)制备的硅碳负极材料采用高能球磨法进行表面处理，调节其粒径为D10：5-8μm，D50:12-15μm，D90：19-22μm。
经测试，本实施例制得的硅碳负极材料中，经ICP法测得Si的质量分数为8.39％；多孔碳基质的微孔比例＜5％，中孔(2nm-50nm)比例约为20％，纳米硅主要分布于大孔的内壁。
实施例3
本实施例制备了一种硅碳负极材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将椰壳置于600℃下、氮气气氛中进行焦化，得到碳基质前驱体；
(2)取中粒径为20-200nm的纳米硅粉，与步骤(1)制得的碳基质前驱体进行混合后置于高能球磨机中，纳米硅粉为混合物的总质量的1％；将高能球磨机抽真空后通入高纯氮气体，密封球磨罐，调节高能球磨机转速为12000r/min，将混合物球磨12h，获得中粒径为12-15μm的硅碳复合物；
(3)设置回转炉的温度为800℃，采用抽真空—通入反应气—抽真空的方式置换炉中气氛使得炉内气氛为高纯氮气和水蒸气的混合气，控制水蒸气与硅碳复合物的质量比为1:40，调节炉内气压为10Pa，然后，将步骤(2)制得的硅碳复合物通过加料斗缓慢加入到回转炉内，处理2h，获得硅碳负极材料；其中，相较于硅碳复合材料中的碳基质前驱体，硅碳负极材料中的多孔碳基质的质量损失为20％，且多孔碳基质的比表面积为800±10m2/g；
(4)将步骤(3)制备的硅碳负极材料采用高能球磨法进行表面处理，调节其粒径为D10：5-8μm，D50:12-15μm，D90：19-22μm。
经测试，本实施例制得的硅碳负极材料中，经ICP法测得Si的质量分数为1.25％；多孔碳基质的微孔比例＜10％，中孔(2nm-50nm)比例约为30％，纳米硅主要分布于大孔的内壁。
实施例4
本实施例制备了一种硅碳负极材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将秸秆置于600℃下、氮气气氛中进行焦化，得到碳基质前驱体；
(2)取中粒径为20-200nm的纳米硅粉，与步骤(1)制得的碳基质前驱体进行混合后置于高能球磨机中，纳米硅粉为混合物的总质量的1％；将高能球磨机抽真空后通入高纯氮气体，密封球磨罐，调节高能球磨机转速为12000r/min，将混合物球磨12h，获得硅碳复合物；
(3)设置回转炉的温度为800℃，采用抽真空—通入反应气—抽真空的方式置换炉中气氛使得炉内气氛为高纯氮气和水蒸气的混合气，控制水蒸气与硅碳复合物的质量比为1:10，调节炉内气压为10Pa，然后，将步骤(2)制得的硅碳复合物通过加料斗缓慢加入到回转炉内，处理2h，获得硅碳负极材料；其中，相较于硅碳复合材料中的碳基质前驱体，硅碳负极材料中的多孔碳基质的质量损失为10％，且多孔碳基质的比表面积为600±10m2/g；
(4)将步骤(3)制备的硅碳负极材料采用高能球磨法进行表面处理，调节其粒径为D10：5-8μm，D50:12-15μm，D90：19-22μm。
经测试，本实施例制得的硅碳负极材料中，经ICP法测得Si的质量分数为1.22％；多孔碳基质的微孔比例＜3％，中孔(2nm-50nm)比例约为24％，纳米硅主要分布于大孔的内壁。
对比例1
本对比例制备了一种硅碳负极材料，其制备方法包括：取中粒径为20-200nm的纳米硅粉，与比表面积为400m2/g，微孔比例＜10％的活性炭进行混合后置于高能球磨机中，纳米硅粉的重量为混合物质量的1％；将高能球磨机抽真空后通入高纯氮气体，密封球磨罐，调节高能球磨机转速为12000r/min，将混合物球磨12h。
对比例2
本对比例制备了一种硅碳负极材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将椰壳置于600℃下、氮气气氛中进行焦化，得到碳基质前驱体；
(2)设置回转炉的温度为800℃，采用抽真空—通入反应气—抽真空的方式置换炉中气氛使得炉内气氛为高纯氮气和水蒸气的混合气，控制水蒸气与碳基质前驱体的质量比为1:10，调节炉内气压为10Pa，然后，将步骤(1)制得的碳基质前驱体通过加料斗缓慢加入到回转炉内，处理2h，获得多孔碳；
(3)取中粒径为20-200nm的纳米硅粉，与步骤(2)制得的多孔碳于水中进行超声处理20min，然后在搅拌状态下120℃加热资质溶液全部蒸干，得到固体状粉体；
(4)将步骤(3)制得的固体状粉体在80℃下进一步干燥后置于箱式炉中真空氛围下600℃烧结，保温1小时，得到硅碳负极材料。
进行混合后置于高能球磨机中，纳米硅粉为混合物的总质量的1％；将高能球磨机抽真空后通入高纯氮气体，密封球磨罐，调节高能球磨机转速为12000r/min，将混合物球磨12h，获得硅碳复合物；
取实施例1-4和对比例1-2的硅碳负极材料作为负极活性材料，将各负极活性材料分别与导电剂(Super P：SBR/CMC＝3:5)和粘结剂以7:2:1的比例进行混合，制得浆料；然后，将浆料涂覆到铜箔上，切成14mm直径的极片，真空干燥后组装成2032扣式电池，之后，将组装得到的2032扣式电池进行性能测试。
表1为测试结果，如结果所示，由实施例1-4的硅碳复合材料制得的电池的性能均优于对比例1-2。
其中，对比例1和实施例1的硅粉用量均相同，与对比例1相比，实施例1采用先将硅粉附着在碳基质前驱体的表面再进行水煤气反应的方法，硅粉与碳形成均匀、稳定的复合物，且多孔碳基质对硅粉的容纳量增加，使得材料的容量和稳定剂均较对比例1得到有效的增加。
相对于实施例1，实施例2中硅粉的用量增加，使得制得的硅碳负极材料得克容量得以提升，但是，由于硅含量增加，材料的体积效应略微明显，导致材料的电化学稳定性降低。
相对于实施例1，实施例3进行水煤气反应中的水蒸气含量增加，使得形成的多孔碳基质中的中孔和大孔数量增加，提高了材料的比表面积，使得材料与电解液的接触面增大，从而提高材料的容量；另外，中孔和大孔数量增加，为硅粉提供了更大的储存空间，使得材料的稳定性得到提高。
相对于实施例1，实施例4采用秸秆为生物质材料，不同生物质原料的稳定性不同，且与水蒸气进行水煤气反应过程中参与反应的碳含量也有所不同。与椰壳相比，秸秆在水煤气反应过程中碳的损失较大，且得到的微孔的比例相对较小，大孔的比例也较小，中孔含量增多，比表面积相对增大，与电解液的接触面增大，因此材料的容量有所提升；另外中孔和大孔为硅粒子的附着提供了有利的空间，因此材料的稳定性得到提高。
表1
Figure BDA0002844869960000131
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种硅碳负极材料，其特征在于，由硅粉和多孔碳基质组成，所述多孔碳基质具有孔道若干，所述硅粉分布于所述孔道中。
2.如权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述多孔碳基质的比表面积为300-900m2/g；和/或
所述多孔碳基质的孔隙率为10％-90％；和/或
所述多孔碳基质中的孔道分布主要呈树枝状形状，靠近材料表面的孔道直径较大，靠近材料表面的孔道直径较小。
3.如权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述孔道包括微孔、中孔和大孔，所述硅粉分布于所述中孔和/或所述大孔中。
4.如权利要求3所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述中孔的体积大于或等于所述孔道总体积的20％，且所述大孔的体积大于或等于所述孔道总体积的40％。
5.如权利要求3所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述微孔的孔径小于2nm，所述中孔的孔径为2-50nm，所述大孔的孔径大于50nm；和/或
所述硅粉的中粒径为20-200nm。
6.如权利要求1至5任一项所述的硅碳负极材料，其特征在于，部分所述硅粉还分布于所述多孔碳基质的外表面；和/或
所述硅粉的重量百分含量为1％-11％；和/或
所述硅碳负极材料的粒径分布包括：2μm≤D10≤8μm，10μm≤D50≤18μm，15μm≤D90≤25μm。
7.一种硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供碳基质前驱体；
将所述碳基质前驱体和硅粉进行混合处理，以使得所述硅粉附着在所述碳基质前驱体的表面，获得硅碳复合物；
将所述硅碳复合物进行扩孔处理，以使得所述硅碳复合物中的碳基质前驱体形成多孔碳基质并使得所述硅粉进入所述多孔碳基质的孔道中，获得所述硅碳负极材料。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，将所述硅碳复合物进行扩孔处理的步骤包括：在惰性气体气氛下，将所述硅碳复合物与水蒸气进行水煤气反应。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，将所述硅碳复合物与水蒸气进行水煤气反应的步骤中，所述硅碳复合物与水蒸气的质量比为(10-60):1；和/或
将所述硅碳复合物与水蒸气进行水煤气反应的步骤中，温度控制为600℃-800℃，气压控制为5-15Pa。
10.如权利要求7至9任一项所述的制备方法，其特征在于，将所述碳基质前驱体和硅粉进行混合处理的步骤包括：在惰性气体气氛下，采用高能球磨法将所述碳基质前驱体和所述硅粉进行混合处理；和/或
所述硅粉的重量为所述硅粉和所述碳基质前驱体的总重量的1％-10％；和/或
所述碳基质前驱体为生物质材料经焦化处理的产物。
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