1.一種硅基復(fù)合材料,其特征在于,所述硅基復(fù)合材料包括碳基質(zhì),以及均勻分散在所述碳基質(zhì)中的碳包覆枝狀納米硅;其中,所述碳包覆枝狀納米硅包括枝狀納米硅以及包覆在所述枝狀納米硅表面的包覆碳層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅基復(fù)合材料,其特征在于,所述硅基復(fù)合材料的中值粒徑為1~45μm,優(yōu)選為2~35μm,進(jìn)一步優(yōu)選為3~20μm;
優(yōu)選地,所述硅基復(fù)合材料的比表面積為1~50m2/g,優(yōu)選為2~10m2/g;
優(yōu)選地,所述硅基復(fù)合材料的粉體壓實(shí)密度為0.3~2.5g/cm3,優(yōu)選為1~2g/cm3;
優(yōu)選地,以所述硅基復(fù)合材料的總質(zhì)量為100%計(jì),所述硅基復(fù)合材料中,所述碳基質(zhì)的質(zhì)量百分比為20~60wt%;
優(yōu)選地,以所述硅基復(fù)合材料的總質(zhì)量為100%計(jì),所述硅基復(fù)合材料中,所述枝狀納米硅的質(zhì)量百分比為5~80wt%;
優(yōu)選地,以所述硅基復(fù)合材料的總質(zhì)量為100%計(jì),所述硅基復(fù)合材料中,所述包覆碳層的質(zhì)量百分比為1~50wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硅基復(fù)合材料,其特征在于,所述枝狀納米硅由納米棒組成,且納米棒相互連接成枝狀;
優(yōu)選地,所述枝狀納米硅的平均粒徑為1~50nm;
優(yōu)選地,所述枝狀納米硅的比表面積為10~500m2/g;
優(yōu)選地,所述包覆碳層的厚度為5~500nm。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的硅基復(fù)合材料的制備方法,其特征在于,所述方法包括以下步驟:
(1)將硅的氧化物、添加劑和還原劑均相混合,進(jìn)行熱處理,然后對(duì)熱處理產(chǎn)物進(jìn)行水洗和酸處理,得到枝狀納米硅;
(2)對(duì)步驟(1)中的枝狀納米硅進(jìn)行均相原位碳包覆,得到碳包覆枝狀納米硅;
(3)將步驟(2)得到的碳包覆枝狀納米硅與碳源均相混合,融合處理,得到融合前驅(qū)體材料;
(4)對(duì)步驟(3)得到的融合前驅(qū)體材料進(jìn)行熱處理,得到硅基復(fù)合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硅基復(fù)合材料的制備方法,其特征在于,所述方法還包括在步驟(4)熱處理完成后,對(duì)熱處理產(chǎn)物進(jìn)行粉碎、篩分和除磁的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的硅基復(fù)合材料的制備方法,其特征在于,步驟(1)所述硅的氧化物的化學(xué)組成為:SiOx,其中,X≤2;
優(yōu)選地,步驟(1)所述硅的氧化物的中值粒徑為1~100nm;
優(yōu)選地,步驟(1)所述還原劑包括鉀、鈣、鈉、鎂、鋁、鋅、鐵、銅、鎳、鉻、金或銀中的任意一種或至少兩種的組合;
優(yōu)選地,步驟(1)所述還原劑的中值粒徑為0.5-50μm,優(yōu)選為20μm;
優(yōu)選地,步驟(1)所述硅的氧化物和所述還原劑的質(zhì)量比為1:(0.5-1.5),優(yōu)選為1:1;
優(yōu)選地,步驟(1)所述添加劑包括氯化鉀、碳酸鉀、硝酸鉀、硫酸鉀、氯化鈉、碳酸鈉、硝酸鈉或硫酸鈉的任意一種或至少兩種的組合;
優(yōu)選地,步驟(1)所述均相混合采用的方法包括干法混合方法和濕法混合方法,優(yōu)選為干法混合方法;
優(yōu)選地,所述干法混合方法為干法球磨法或置于VC混合機(jī)中進(jìn)行混合的方法;
優(yōu)選地,所述干法球磨法中采用的球磨機(jī)優(yōu)選為行星式球磨機(jī)、高速攪拌 磨、管磨機(jī)、錐磨機(jī)、棒磨機(jī)和砂磨機(jī)中的任意一種;
優(yōu)選地,所述置于VC混合機(jī)中進(jìn)行混合的方法為:將步驟(1)的硅的氧化物、添加劑和還原劑混合,置于VC混合機(jī)中,進(jìn)行混合,得到均相混合物;
優(yōu)選地,所述置于VC混合機(jī)中進(jìn)行混合的方法中,混合時(shí),VC混合機(jī)的頻率為10~50HZ,優(yōu)選為20HZ;
優(yōu)選地,所述置于VC混合機(jī)中進(jìn)行混合的方法中,混合的時(shí)間為0.5~3h,優(yōu)選為1h;
優(yōu)選地,步驟(1)所述熱處理在密閉容器和非氧化性氣氛中進(jìn)行;
優(yōu)選地,所述非氧化性氣氛為氮?dú)鈿夥?、氫氣氣氛、氦氣氣氛、氬氣氣氛或氖氣氣氛中的任意一種或至少兩種的組合;
優(yōu)選地,步驟(1)所述熱處理的溫度為600~900℃,優(yōu)選為650℃;
優(yōu)選地,步驟(1)所述熱處理的時(shí)間為0.5~3h,優(yōu)選為3h;
優(yōu)選地,步驟(1)所述酸處理為:將熱處理產(chǎn)物分散于酸中,進(jìn)行處理;
優(yōu)選地,步驟(1)所述酸處理過(guò)程中,所述處理為浸泡,或者浸泡并伴有攪拌;
優(yōu)選地,步驟(1)所述酸處理過(guò)程中,所述處理的時(shí)間為1~8h,優(yōu)選為1~4h;
優(yōu)選地,步驟(1)所述酸處理過(guò)程中,所述的酸選自鹽酸、硝酸、亞硝酸、硫酸、亞硫酸、碳酸、硼酸、磷酸、氫氟酸、氫氰酸、高氯酸、醋酸、苯甲酸或硒酸中的任意一種或至少兩種的組合;
優(yōu)選地,步驟(1)所述酸處理過(guò)程中,所述的酸的濃度為0.1~10mol/L;
優(yōu)選地,步驟(1)所述枝狀納米硅的制備方法還包括在步驟(1)酸處理完成后進(jìn)行離心、抽濾和干燥的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,步驟(2)所述均相原位碳包覆采用的方法為氣相包覆法、液相包覆法或固相包覆法中的任意一種,優(yōu)選為氣相包覆法;
優(yōu)選地,采用氣相包覆法對(duì)枝狀納米硅進(jìn)行均相原位碳包覆,得到碳包覆枝狀納米硅,具體過(guò)程為:向裝有枝狀納米硅的反應(yīng)爐中,通入氣相碳源,在反應(yīng)爐旋轉(zhuǎn)的條件下進(jìn)行沉積包覆,實(shí)現(xiàn)包覆碳層在枝狀納米硅表面的包覆,得到碳包覆枝狀納米硅;
優(yōu)選地,采用氣相包覆法對(duì)枝狀納米硅進(jìn)行均相原位碳包覆的過(guò)程中,所述氣相碳源為甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、乙炔、丙烯、氣態(tài)的苯、氣態(tài)的甲苯、氣態(tài)的二甲苯、氣態(tài)的乙醇或氣態(tài)的丙酮中的任意一種或至少兩種的組合,優(yōu)選為甲烷、乙炔和丙烯的組合;
優(yōu)選地,采用氣相包覆法對(duì)枝狀納米硅進(jìn)行均相原位碳包覆的過(guò)程中,所述氣相碳源的通入流量為0.1~2.0L/min,優(yōu)選為0.3L/min;
優(yōu)選地,采用氣相包覆法對(duì)枝狀納米硅進(jìn)行均相原位碳包覆的過(guò)程中,所述反應(yīng)爐的旋轉(zhuǎn)速度為0.2~10rpm;
優(yōu)選地,采用氣相包覆法對(duì)枝狀納米硅進(jìn)行均相原位碳包覆的過(guò)程中,所述沉積包覆的溫度為600~1200℃,優(yōu)選為700~1000℃;
優(yōu)選地,采用氣相包覆法對(duì)枝狀納米硅進(jìn)行均相原位碳包覆的過(guò)程中,所述沉積包覆的時(shí)間為0.5~5h,優(yōu)選為3h。
8.根據(jù)權(quán)利要求4-7任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,步驟(3)所述融合處理包括:將步驟(2)得到的碳包覆枝狀納米硅與碳源加入至融合機(jī)中,進(jìn)行融合,得到融合前驅(qū)體材料;
優(yōu)選地,步驟(3)所述碳包覆枝狀納米硅與碳源的質(zhì)量比為80:(20~80);
優(yōu)選地,所述融合處理的過(guò)程中,融合機(jī)的轉(zhuǎn)速為500~3000rpm,優(yōu)選為800~2000rpm;
優(yōu)選地,所述融合處理的過(guò)程中,融合機(jī)的刀具間隙寬度為0.01~1cm,優(yōu)選為0.1~0.3cm;
優(yōu)選地,所述融合處理的過(guò)程中,融合的時(shí)間至少為0.25h,優(yōu)選為0.25~8h,進(jìn)一步優(yōu)選為0.5~4h;
優(yōu)選地,步驟(3)所述碳源為煤瀝青、石油瀝青、中間相瀝青、煤焦油、石油工業(yè)重質(zhì)油、重質(zhì)芳香烴、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、糠醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚乙二醇、聚環(huán)氧乙烷、聚偏氟乙烯、丙烯酸樹(shù)脂或聚丙烯腈中的任意一種或至少兩種的組合;
優(yōu)選地,步驟(3)所述碳源的粒徑為0.5~5μm,優(yōu)選為2μm;
優(yōu)選地,步驟(4)所述熱處理過(guò)程中通有保護(hù)氣,所述保護(hù)氣為氮?dú)?、氦氣、氖氣、氬氣或氪氣中的任意一種或至少兩種的組合;
優(yōu)選地,步驟(4)所述熱處理的溫度為700~1200℃,優(yōu)選為1000℃;
優(yōu)選地,步驟(4)所述熱處理的時(shí)間為2~6h,優(yōu)選為4h。
9.一種負(fù)極材料,其特征在于,所述負(fù)極材料為權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的硅基復(fù)合材料。
10.一種鋰離子電池,其特征在于,所述鋰離子電池包含如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的硅基復(fù)合材料作為鋰離子電池的負(fù)極材料。