硅基材料作为锂离子电池负极具有容量高、来源广泛以及环境友好等优势，有望替代目前应用广泛的石墨负极成为下一代锂离子电池的主要负极材料。然而，硅在充放电过程中存在严重的体积膨胀(~%)，巨大的体积效应及较低的电导率限制了硅负极技术的商业化应用。为克服这些缺陷，研究者进行了大量的尝试，采用复合化技术，利用“缓冲骨架”补偿材料膨胀。碳质负极材料在充放电过程中体积变化较小，具有较好的循环稳定性能，而且碳质负极材料本身是离子与电子的混合导体；另外，硅与碳化学性质相近，二者能紧密结合，因此碳常用作与硅复合的首选基质。
在Si/C复合体系中，Si颗粒作为活性物质，提供储锂容量；C既能缓冲充放电过程中硅负极的体积变化，又能改善Si质材料的导电性，还能避免Si颗粒在充放电循环中发生团聚。因此Si/C复合材料综合了二者的优点，表现出高比容量和较长循环寿命，有望代替石墨成为新一代锂离子电池负极材料。
日前华为技术有限公司专利申请“硅碳复合材料及其制备方法和锂离子电池”公布。
本发明实施例提供一种硅碳复合材料，包括内核和包覆在内核表面的碳层，其中，内核包括石墨骨架、填充在石墨骨架结构中的无定形碳、以及均匀分布在无定形碳中的硅材料，硅碳复合材料内部仅具有孔径小于或等于50nm的孔隙结构，不存在孔径大于50nm的孔隙结构。该硅碳复合材料内部孔隙尺寸小，可有效降低硅材料与电解液的接触面积，减少副反应的发生，延长电池使用寿命；同时硅材料均匀分散在石墨骨架周围，无团聚，使得石墨骨架能够有效地缓解硅材料的体积膨胀和收缩，提高复合材料结构稳定性和能量密度。本发明实施例还提供了该硅碳复合材料的制备方法和包含该硅碳复合材料的锂离子电池。
信息来源：国家知识产权局、硅酸盐学报
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