本发明涉及锂离子电池材料制备，特别涉及一种硅碳复合材料及其制备方法和应用。
背景技术：
1、硅碳材料作为一种硅基负极材料，以其比容量高(1800～2200mah/g)、首次效率高(90％～92％)、膨胀低、循环性能好等优点而应用于高能量密度锂离子电池。
2、硅碳材料是由多孔碳及其沉积在孔隙中的纳米硅组成，但由于多孔碳自身的电子导电率差及其多孔碳与纳米硅之间的接触较差，造成界面阻抗较大，导致硅碳材料的电子导电率、快充性能偏低。
3、现有技术中尝试通过掺杂、包覆等措施提升硅碳材料的功率性能，但是效果不明显。
技术实现思路
1、本发明的主要目的是提出一种硅碳复合材料及其制备方法和应用，旨在解决现有技术中硅碳材料电子导电率、快充性能偏低的问题。
2、为实现上述目的，本发明提出一种硅碳复合材料，其特征在于，包括主体材料，以及依次覆盖于所述主体材料表面的第一壳层和外壳；
3、其中，所述主体材料包括介孔碳，所述介孔碳中掺杂有杂原子、纳米硅和金属；
4、所述第一壳层包括无定形碳；所述外壳包括快离子导体。
5、在一实施方式中，所述杂原子包括氮原子、硫原子中的任一种；和/或，
6、所述金属包括镁、锌、钠中的任一种；和/或，
7、所述快离子导体包括lialsio4、linbo3、li7la3zr2o12、li0.5la0.5tio3、li1.4al0.4ti1.6(po4)3中的任一种。
8、在一实施方式中，所述硅碳复合材料中，硅、碳、金属、杂原子、快离子导体的质量比为(40～45)：(40～45)：(1～2.5)：(1～2.5)：(8～15)。
9、本发明还提供一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
10、s10、获取掺杂有杂原子的介孔碳，并转移到流化床中，并在惰性气氛下，通入硅烷气体和金属气体进行共沉积，使其在所述介孔碳中孔隙中沉积纳米硅和金属；再通入碳源气体进行碳沉积，得硅碳前驱体材料；
11、s20、将所述硅碳前驱体材料进行快离子导体循环沉积，得所述硅碳复合材料。
12、在一实施方式中，步骤s10中，所述获取掺杂有杂原子的介孔碳包括以下步骤：
13、将碳源、硬模板剂和杂原子化合物分散于有机溶剂中后，进行水热合成反应，烧结，清洗，得掺杂有杂原子的介孔碳。
14、在一实施方式中，所述碳源、硬模板剂、杂原子化合物和有机溶剂的质量比为100：(1～10)：(1～5)：(500～1500)；和/或，
15、所述碳源包括脂肪族聚氨酯丙烯酸酯；和/或，
16、所述硬模板剂包括二氧化硅微球、碳酸钙微球、氧化锌微球中的至少一种，所述硬模板剂的粒径为100～500nm；和/或，
17、所述杂原子化合物包括多巴胺、吡咯、噻吩、尿素、三聚氰胺中的至少一种；和/或，
18、所述有机溶剂包括二甲苯、丙酮、乙酸乙酯、苯中的至少一种；和/或，
19、所述水热合成反应的温度为100～200℃；和/或，
20、所述水热合成反应的压强为1～5mpa；和/或，
21、所述水热合成反应的时间为1～6h；和/或，
22、所述烧结的温度为600～1000℃；和/或，
23、所述烧结的时间为1～6h；和/或，
24、所述清洗包括用盐酸进行清洗，所述盐酸的摩尔浓度为1～5mol/l。
25、在一实施方式中，步骤s10中：
26、所述硅烷气体包括四氢硅烷、三氯硅烷、二氯硅烷、一氯硅烷、乙硅烷、二甲基硅烷中的至少一种；和/或，
27、所述金属气体包括将金属镁、金属锌或金属钠加热到1000℃生成的金属气体；和/或，
28、所述硅烷气体和金属气体的体积比为10：(1～3)；和/或，
29、所述共沉积的气体总流速为10～100ml/min；和/或，
30、所述共沉积的温度为500～800℃；和/或，
31、所述共沉积的时间为60～600min；和/或，
32、所述碳源气体包括甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙炔中的至少一种；和/或，
33、所述碳沉积的气体流速为100～500ml/min；和/或，
34、所述碳沉积的温度为800～1100℃；和/或，
35、所述碳沉积的时间为30～300min。
36、在一实施方式中，步骤s30中：
37、所述快离子导体循环沉积的温度为200～250℃；和/或，
38、所述快离子导体循环沉积的循环次数为50～150次；和/或，
39、快离子导体包括lialsio4、linbo3、li7la3zr2o12、li0.5la0.5tio3、li1.4al0.4ti1.6(po4)3中的任一种。
40、本发明还提供一种应用，将前述的硅碳复合材料或通过前述的硅碳复合材料的制备方法所制备的硅碳复合材料用于锂离子电池。
41、本发明提出一种硅碳复合材料及其制备方法和应用，介孔碳具有较大的孔容和较高的比表面积，其弹性结构缓冲了纳米硅在充放电过程中的体积膨胀，同时提供良好的电子传输路径；掺杂于介孔碳中的杂原子增强了电子在材料中的传输效率，从而提高了材料的电子导电率；所述介孔碳中的沉积的纳米硅提高了材料的比容量，金属提高了材料的电子导电率，且金属和纳米硅直接接触一方面增强了界面处的电子和离子传输，有助于形成稳定的固体电解质界面膜和减少副反应，另一方面降低了纳米硅在充放电过程中体积变化而与导电网络分离的机率，降低了界面阻抗；此外，所述第一壳层中的无定形碳将纳米硅与外界环境隔离，降低产气及其提高了安全性；快离子导体外壳有助于加速充放电过程中锂离子在电极材料中的迁移，减少了材料内部的电阻，提高了材料的充放电速率和功率性能。
1.一种硅碳复合材料，其特征在于，包括主体材料，以及依次覆盖于所述主体材料表面的第一壳层和外壳；
2.如权利要求1所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述杂原子包括氮原子、硫原子中的任一种；和/或，
3.如权利要求1所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述硅碳复合材料中，硅、碳、金属、杂原子、快离子导体的质量比为(40～45)：(40～45)：(1～2.5)：(1～2.5)：(8～15)。
4.一种如权利要求1至3任一项所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.如权利要求4所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s10中，所述获取掺杂有杂原子的介孔碳包括以下步骤：
6.如权利要求5所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，
7.如权利要求4所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s10中：
8.如权利要求4所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s20中：
9.一种应用，其特征在于，将如权利要求1至3任一项所述的硅碳复合材料或通过如权利要求4至8任一项所述的硅碳复合材料的制备方法所制备的硅碳复合材料用于锂离子电池。
