本發(fā)明涉及鋰離子電池應(yīng)用材料，特別涉及一種鎂硅包覆硅碳復(fù)合材料及其制備方法、鋰離子電池。
背景技術(shù)：
1、新型硅碳材料是由多孔碳及其沉積在孔隙中的納米硅組成的內(nèi)核，并在其表面包覆無定形碳組成。由于多孔碳自身的多孔結(jié)構(gòu)使其電子導(dǎo)電率差，以及納米硅與多孔碳之間的接觸較差，造成其界面阻抗較大，降低功率性能。目前降低膨脹的措施主要有增大孔洞為硅膨脹預(yù)留更大的膨脹空間，提升功率的主要措施為降低材料之間的界面阻抗及其摻雜電子導(dǎo)電率高的金屬或化合物材料，提升材料的電子或離子導(dǎo)電率。
2、現(xiàn)有專利(申請?zhí)朿n202211703916.4）公開了一種硅碳材料摻雜多孔金屬的復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，其主要制備方法為制備多孔金屬化合物；將其置于含有硅烷偶聯(lián)劑和有機(jī)鋰鹽的電解液中進(jìn)行電化學(xué)沉積，洗滌，干燥，得到硅摻雜多孔金屬化合物；經(jīng)還原氣氛還原，然后在碳氮混合氣體氛圍下進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，得到硅碳材料摻雜多孔金屬的復(fù)合材料，其制備出材料雖然可以提升硅碳材料的電子導(dǎo)電率及其降低膨脹，但是其膨脹較大，電子導(dǎo)電率改善幅度有限，同時(shí)制備過程復(fù)雜。
3、因此，現(xiàn)有技術(shù)需要進(jìn)行改進(jìn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、現(xiàn)有技術(shù)中，雖然可以提升硅碳材料的電子導(dǎo)電率及其降低膨脹，但是其膨脹較大，電子導(dǎo)電率改善幅度有限，同時(shí)制備過程復(fù)雜，因此，有必要提供一種鎂硅包覆硅碳復(fù)合材料及其制備方法、鋰離子電池用于解決上述問題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種鎂硅包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法，其包括以下具體步驟：
3、s1、按照質(zhì)量比碳源：金屬活化劑：雜原子化合物=100：（10~30）：（1~5），將碳源和金屬活化劑混合均勻，烘干后得到烘干物，將烘干物在惰性氣氛下進(jìn)行活化，活化后進(jìn)行碳化得到改性多孔碳；
4、s2、按照質(zhì)量比改性多孔碳：氯硅烷：鎂=100：（100~200）：（1~10），將改性多孔碳添加到氯硅烷溶液中，加熱并沉積納米硅；再通入鎂蒸汽與所述改性多孔碳進(jìn)行沉積，得到鎂硅合金包覆硅碳前驅(qū)體材料；
5、s3、將鎂硅合金包覆硅碳前驅(qū)體材料轉(zhuǎn)移到管式爐中，通入碳源/雜原子混合氣進(jìn)行沉積，得到雜原子和鎂硅合金包覆的硅碳復(fù)合材料。
6、在一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述碳源為脲醛樹脂、聚酰亞胺樹脂、苯并噁嗪樹脂和聚芳基乙炔樹脂中的任意一種；所述金屬活化劑為lioh、lico3、mg(oh)2、mgco3和mgcl2中的任意一種；所述雜原子化合物為三聚氰胺、尿素和多巴胺中的任意一種。
7、在一種實(shí)現(xiàn)方式中，在s1中，活化具體包括：通入二氧化碳并在溫度為300~500℃活化1-6h；碳化具體包括：升溫700~1100℃的溫度碳化1~6h，得到改性多孔碳。
8、在一種實(shí)現(xiàn)方式中，在s2中，加熱并沉積納米硅具體包括：抽真空到真空度為0.1~0.5mpa，加熱到300~500℃使其在改性多孔碳的孔隙中沉積納米硅。
9、在一種實(shí)現(xiàn)方式中，在s2中，通入鎂蒸汽與所述改性多孔碳進(jìn)行沉積具體包括：將鎂在真空爐中加熱到1200~1500℃生成鎂蒸汽，并通入反應(yīng)釜中，通入流量10~100ml/min，在溫度為700~900℃沉積30~300min。
10、在一種實(shí)現(xiàn)方式中，在s2中，所述氯硅烷包括二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷、三甲基氯硅烷、乙烯基三氯硅烷和三異丙基氯硅烷中的任意一種。
11、在一種實(shí)現(xiàn)方式中，在s3中，具體包括：將鎂硅合金包覆硅碳前驅(qū)體材料轉(zhuǎn)移到管式爐中，通入惰性氣體排出管內(nèi)空氣，加熱到700~1000℃，并通入碳源/雜原子混合氣0.5~2h，得到雜原子和鎂硅合金包覆硅碳復(fù)合材料中；其中混合氣的體積比碳源：雜原子氣體=10：（1~5），通入流量為100~500ml/min。
12、在一種實(shí)現(xiàn)方式中，在s3中，所述雜原子氣體包括氨氣、三氟化氮、磷化氫和二氧化硫中的任意一種。
13、第二方面，本發(fā)明還提供一種鎂硅包覆硅碳復(fù)合材料，其通過上述任一項(xiàng)所述的鎂硅包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法制備而得。
14、第三方面，本發(fā)明還提供一種鋰離子電池，其采用上述鎂硅包覆硅碳復(fù)合材料為負(fù)極。
15、有益效果：本發(fā)明提供的鎂硅包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法中，通過金屬摻雜多孔碳提升材料的電子導(dǎo)電率，再通過鎂蒸汽與硅形成沉積鎂硅合金過渡層提升材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并在其外層沉積無定形碳提升材料的包覆完整度及其高溫存儲性能，結(jié)合改性多孔碳和鎂硅合金的使用，實(shí)現(xiàn)了鎂硅包覆硅碳復(fù)合材料在鋰離子電池應(yīng)用中的多重性能提升，包括比容量、電導(dǎo)率、循環(huán)穩(wěn)定性、倍率性能和安全性，提供了一種低膨脹高功率的鎂硅包覆硅碳復(fù)合材料。
1.一種鎂硅包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下具體步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂硅包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在s1中，所述碳源為脲醛樹脂、聚酰亞胺樹脂、苯并噁嗪樹脂和聚芳基乙炔樹脂中的任意一種；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂硅包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在s1中，活化具體包括：通入二氧化碳并在溫度為300~500℃活化1-6h；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂硅包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在s2中，在s2中，加熱并沉積納米硅具體包括：抽真空到真空度為0.1~0.5mpa，加熱到300~500℃使其在改性多孔碳的孔隙中沉積納米硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂硅包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在s2中，通入鎂蒸汽與所述改性多孔碳進(jìn)行沉積具體包括：將鎂在真空爐中加熱到1200~1500℃生成鎂蒸汽，并通入反應(yīng)釜中，通入流量10~100ml/min，在溫度為700~900℃沉積30~300min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂硅包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在s2中，所述氯硅烷包括二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷、三甲基氯硅烷、乙烯基三氯硅烷和三異丙基氯硅烷中的任意一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂硅包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在s3中，具體包括：將鎂硅合金包覆硅碳前驅(qū)體材料轉(zhuǎn)移到管式爐中，通入惰性氣體排出管內(nèi)空氣，加熱到700~1000℃，并通入碳源/雜原子混合氣0.5~2h，得到雜原子和鎂硅合金包覆硅碳復(fù)合材料中；其中混合氣的體積比碳源：雜原子氣體=10：（1~5），通入流量為100~500ml/min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂硅包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在s3中，所述雜原子氣體包括氨氣、三氟化氮、磷化氫和二氧化硫中的任意一種。
9.一種鎂硅包覆硅碳復(fù)合材料，其特征在于，通過權(quán)利要求1~8任一項(xiàng)所述的鎂硅包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法制備而得。
10.一種鋰離子電池，其特征在于，采用權(quán)利要求9中的鎂硅包覆硅碳復(fù)合材料為負(fù)極。