【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池应用，尤其涉及一种纳米硅碳负极材料、其制备方法及其应用。
技术介绍
1、硅的理论嵌锂比容量高达4200mah/g，远远高于目前商业化石墨负极的理论容量（石墨类负极材料的理论容量仅为372mah/g），被认为是下一代锂离子电池负极材料的首选。但高嵌锂容量带来的必定是严重的体积变化，这导致硅易于粉化并脱落。
2、纳米硅通过化学气相沉积于多孔碳材料的纳米级孔道是目前最为简单、有效的纳米硅碳负极材料的制备方法。此类纳米硅碳负极材料通过碳材料中的纳米级限域结构来稳定材料结构，一定程度上可以抑制硅在循环过程中的体积膨胀，但其首次膨胀率依然高达将近30%，而且循环性能较差。此外，现有技术中是将硅沉积在多孔碳材料表面以及内部，沉积在多孔碳材料表面的硅容易团聚，生成的硅晶粒尺寸较大，膨胀会更显著，更加硅碳负极材料影响循环性能。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种纳米硅碳负极材料、其制备方法及其应用，本申请提供的纳米硅碳负极材料首次膨胀率较低，且循环性能较好。
2、本申请提供了一种纳米硅碳负极材料，包括：
3、多孔碳材料；
4、负载于所述多孔碳材料孔道内的纳米硅和金属氧化物；
5、负载于所述多孔碳材料表面的金属氧化物和石墨烯。
6、在一些具体的实现方式中，所述纳米硅碳负极材料包括：
7、40wt%~55wt%的多孔碳材料；
8、40wt%~55wt%的纳米硅；
9
10、0.3wt%~5wt%的石墨烯。
11、在一些具体的实现方式中，所述多孔碳材料的比表面积为1300m2/g ~2200m2/g；微孔占比为40%~90%；平均孔径为1.8nm~4nm；孔容为0.6 cc/g ~1.1cc/g。
12、在一些具体的实现方式中，所述金属氧化物选自tio2、al2o3、zro2、sno2、zno、fe2o3和co3o4中的至少一种；
13、在一些具体的实现方式中，所述纳米硅碳负极材料还包括包覆在所述纳米硅表面的钝化层。
14、在一些具体的实现方式中，所述钝化层为无定型碳或者硅氧化物（siox）。
15、本申请还提供了一种上述技术方案所述的纳米硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：
16、a）以多孔碳材料为基底进行纳米硅沉积，使纳米硅沉积于所述多孔碳材料的孔道内，得到负载纳米硅的多孔碳材料；
17、b）采用金属氧化物和石墨烯对所述负载纳米硅的多孔碳材料进行改性，使金属氧化物负载于多孔碳材料的孔道内和表面，使石墨烯负载于所述多孔碳材料的表面，得到纳米硅碳负极材料。
18、在一些具体的实现方式中，步骤a）具体包括：
19、以多孔碳材料为基底、以硅烷为硅源进行化学气相沉积，使多孔碳材料和硅沉积量的质量比为1:0.67~1.22，得到负载纳米硅的多孔碳材料。
20、在一些具体的实现方式中，步骤b）具体包括：
21、将负载纳米硅的多孔碳材料分散后与金属氧化物前驱体和石墨烯分散液混合，热处理后得到纳米硅碳负极材料；
22、或者，步骤b）具体包括：
23、将负载纳米硅的多孔碳材料分散后与金属氧化物前驱体混合、热处理后，再与石墨烯分散液混合、热处理得到纳米硅碳负极材料。
24、在一些具体的实现方式中，步骤b）之前还包括：
25、以负载纳米硅的多孔碳材料为基底进行钝化层沉积；
26、所述钝化层为无定型碳或者硅氧化物。
27、本申请还提供了一种电极极片，包括上述技术方案所述的纳米硅碳负极材料或者按照上述技术方案所述的制备方法制备得到的纳米硅碳负极材料。
28、本申请还提供了一种电芯，包括上述技术方案所述的电极极片。
29、本申请提供了一种纳米硅碳负极材料，包括多孔碳材料、负载于所述多孔碳材料孔道内的纳米硅和金属氧化物、负载于所述多孔碳材料表面的金属氧化物和石墨烯。本申请采用金属氧化物和石墨烯对负载有纳米硅的多孔碳材料进行改性，充分利用了金属氧化物所具备的低膨胀率、高机械稳定性，以及石墨烯所具备的高电导率、高机械强度、高导热特性，包覆多孔碳材料的同时使金属氧化物进入多孔材料的孔道内降低了纳米硅碳负极材料的首次膨胀率，提高了其循环性能。实验结果表明，与单独采用金属氧化物改性相比，其首次膨胀率下降5%，100圈循环性能提高26%；与单独采用石墨烯改性相比，其首次膨胀率下降3%，100圈循环性能提高11%。
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1.一种纳米硅碳负极材料，包括：
2.根据权利要求1所述的纳米硅碳负极材料，其特征在于，包括：
3.根据权利要求1所述的纳米硅碳负极材料，其特征在于，所述多孔碳材料的比表面积为1300m2/g ~2200m2/g；微孔占比为40%~90%；平均孔径为1.8nm~4nm；孔容为0.6 cc/g ~1.1cc/g。
4.根据权利要求1所述的纳米硅碳负极材料，其特征在于，所述金属氧化物选自TiO2、Al2O3、ZrO2、SnO2、ZnO、Fe2O3和Co3O4中的至少一种。
5.根据权利要求1~4任意一项所述的纳米硅碳负极材料，其特征在于，还包括包覆在所述纳米硅表面的钝化层；
6.权利要求1~4任意一项所述的纳米硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤a）具体包括：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤b）之前还包括：
10.一种电极极片，包括权利要求1~5任意一项所述
...【技术特征摘要】
1.一种纳米硅碳负极材料，包括：
2.根据权利要求1所述的纳米硅碳负极材料，其特征在于，包括：
3.根据权利要求1所述的纳米硅碳负极材料，其特征在于，所述多孔碳材料的比表面积为1300m2/g ~2200m2/g；微孔占比为40%~90%；平均孔径为1.8nm~4nm；孔容为0.6 cc/g ~1.1cc/g。
4.根据权利要求1所述的纳米硅碳负极材料，其特征在于，所述金属氧化物选自tio2、al2o3、zro2、sno2、zno、fe2o3和co3o4中的至少一种。
5.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭小强，季晶晶，尚永敏，陶晓林，叶成辉，胡开新，李小军，刘兆平，
申请(专利权)人：宁波石墨烯创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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