【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于负极材料，特别涉及一种碳/硅/石墨复合负极材料、制备方法及应用。
技术介绍
1、锂离子电池较高的能量密度使其在交通、电子、机械以及风力发电和太阳能发电的电力存储等领域得到了广泛的实际应用。由于金属锂在地球的丰度远低于金属钠，锂资源的日益枯竭必然影响锂离子电池的长期规模化应用。
2、钠离子电池与锂离子电池的充放电原理类似，即锂离子或钠离子在正极、负极之间的嵌入-嵌出电化学反应过程。就电化学性能而言，钠离子电池除具有较高的能量密度外，还具有更好的低温电化学性能、更高的安全性和更长的循环稳定性。
3、同时，钠离子电池与锂离子电池正/负极的制备过程、电池组装工艺以及壳体、极耳等构件都相同。换言之，锂离子电池成熟的现有工业过程及设备已为钠离子电池的快速发展奠定了很好的工业基础。因此，钠离子电池被视为继锂离子电池之后最具发展前景的新型二次电池，得到了广泛关注。
4、由于钠离子的动力学直径相应大于锂离子，现有锂离子电池的石墨类负极材料并不适宜于用作钠离子电池负极材料。因此，开发新一代钠离子电池负极材料迫在眉睫。
5、目前，中国专利202410465536.4、202410238556.8、202410377318.5、201510346139.6、202310493118.1、202310765031.5、202410432731.7分别公开了以煤、沥青、合成树脂、玉米叶、椰壳、果壳、竹炭等生物质为碳质前驱体为钠离子电池的负极材料，经水蒸气或二氧化碳活化、高温炭化而制得，即硬碳负极
6、但采用该制备方法所制得的钠离子电池的硬碳负极材料，在100ma/g电流密度下的放电容量一般只有200-280mah/g，相应低于锂离子电池石墨类负极材料。通常，锂离子电池石墨类负极材料理论容量为372mah/g，实际容量可达320mah/g，故而造成钠离子电池的能量密度不及现有商业化的锂离子电池。
7、综上所述，如何提供一种适用于钠离子电池的，具有更高放电容量的负极材料是当前亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供了一种碳/硅/石墨复合负极材料、制备方法及应用，提升了负极材料的电导率，能够提高钠离子电池负极材料的放电容量，进而提升钠离子电池的能量密度。
2、本专利技术提供了一种碳/硅/石墨复合负极材料，所述复合负极材料为由上至下依次叠加的碳层、纳米硅层和石墨层共同组成的微米颗粒，所述石墨层为蠕虫石墨经高温热处理改性之后所形成。
3、进一步，所述复合负极材料的比表面积为5-20 m2/g、平均粒径为5-15μm。
4、进一步，所述复合负极材料中纳米硅所占含量为5-30%。
5、进一步，所述碳层的厚度为0.1-0.5nm；所述纳米硅层的厚度为0.5-1.5nm。
6、进一步，所述碳层为炭化后的硅/石墨复合片材在高温炭化处理下，发生裂解在纳米硅层表面所形成。
7、本专利技术提供了一种制备如上述中任一项所述的碳/硅/石墨复合负极材料的方法，包括如下步骤：
8、s1将硅源通过化学气相沉积法在石墨层表面形成纳米硅层，获得硅/石墨复合材料，所述石墨层为蠕虫石墨经高温热处理改性之后所形成；
9、s2将硅/石墨复合材料浸渍在富碳前驱体的溶液中；
10、s3在惰性气体环境下，将浸渍后的硅/石墨复合材料通过热压成型制成片材；
11、s4在氮气环境，常压状态下，对片材进行高温炭化处理；
12、s5 将炭化后的片材制成微米颗粒。
13、进一步，所述硅源选自硅烷；
14、s1中所述化学气相沉积法的沉积温度为500-600℃，稀释气体的流量为10-200ml/min；沉积时间为30-120min。
15、进一步，所述s2中富碳前驱体为乙烯焦油、石脑油、煤焦油中的任意一种或两种以上的混合物。
16、进一步，所述s3中热压成型包括，以前述富碳前驱体在热压成型过程中产生的重组分作为粘结剂；
17、所述热压成型的热压温度为300-400℃，成型压力为5-20mpa。
18、进一步，所述s4中高温热处理过程的热处理温度为700-1500℃，热处理时间为60-240min。
19、本专利技术提供了一种钠离子电池，包括由上述中任一项所述的方法制备的负极材料所制成的负极。
20、本专利技术由于采用以上技术方案，与现有技术相比，作为举例，具有以下的优点和积极效果：
21、利用高温改性后的蠕虫石墨，使得石墨表面的含氧官能团发生分解，石墨分子结构为充放电过程中的电子迁移提供通路，提高了材料的电导率，提升了充放电速度，复合材料表面的碳层还增强了与电解液的浸润性，进一步提升了充放电速度。
22、碳/si/石墨的组合有效解决了单一纳米si的电导率低和体积膨胀问题，增强了循环稳定性，延长了电池使用寿命。
23、除此以外，通过降低了材料的比表面积，有助于降低有机电解液的使用量，降低成本并减少环境影响。
24、该复合负极材料展现出放电容量高、充放电速度快，优异电导率和良好循环稳定性，具有广泛的应用潜力，能够推动钠离子电池在储能、电子产品、交通工具及机械领域的快速发展。
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1.一种碳/硅/石墨复合负极材料，其特征在于：所述复合负极材料为由上至下依次叠加的碳层、纳米硅层和石墨层共同组成的微米颗粒；所述石墨层为蠕虫石墨经高温热处理改性之后所形成。
2.根据权利要求1所述的碳/硅/石墨复合负极材料，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的碳/硅/石墨复合负极材料，其特征在于：所述碳层的厚度为0.1-0.5nm；所述纳米硅层的厚度为0.5-1.5nm。
4.根据权利要求1所述的碳/硅/石墨复合负极材料，其特征在于：所述碳层为炭化后的硅/石墨复合片材在高温炭化处理下，发生裂解在纳米硅层表面所形成。
5.一种制备如上述权利要求1-4中任一项所述的碳/硅/石墨复合负极材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述S1中所述石墨层为蠕虫石墨经高温热处理改性之后形成的石墨；
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述S2中富碳前驱体为乙烯焦油、石脑油、煤焦油中的任意一种或两种以上的混合物。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：
<...【技术特征摘要】
1.一种碳/硅/石墨复合负极材料，其特征在于：所述复合负极材料为由上至下依次叠加的碳层、纳米硅层和石墨层共同组成的微米颗粒；所述石墨层为蠕虫石墨经高温热处理改性之后所形成。
2.根据权利要求1所述的碳/硅/石墨复合负极材料，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的碳/硅/石墨复合负极材料，其特征在于：所述碳层的厚度为0.1-0.5nm；所述纳米硅层的厚度为0.5-1.5nm。
4.根据权利要求1所述的碳/硅/石墨复合负极材料，其特征在于：所述碳层为炭化后的硅/石墨复合片材在高温炭化处理下，发生裂解在纳米硅层表面所形成。
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