一种低应变的硅碳负极材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，更具体涉及一种低应变的硅碳负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着新能源汽车的快速发展，对锂离子电池能量密度、循环寿命的需求不断提高。负极材料是锂离子电池四大主材之一，在电芯中成本占比超过10％，同时对电芯能量密度有重要影响，在正极材料比容量到达一定瓶颈的当前阶段，负极材料的重要性更为凸显。当前商业化的锂离子电池负极主要以石墨类材料为主，理论容量较低(372mAh/g)，限制了锂离子电池能量密度进一步提高。因此开发高比容负极材料是当前产业化研究的热门方向之一。

相比于石墨材料，硅由于具有理论容量高(3579mAh/g，对于Si锂化到Li15Si4)，嵌锂电位低(0.4V Vs Li/Li

近期研究表明，通过内部预留膨胀孔隙可以大大降低硅负极的应变。如专利CN115020689B将含有贯穿孔的多孔碳微球的内壁和外表面上常压分解硅烷沉积硅颗粒，碳微球的孔道结构可以原位吸收硅的体积变化，从而使得复合复合材料的应变降低。该方法是市场上比较看好的方法，但是该方法中硅烷分解的硅是从外到内部沉积，这种沉积很容易将表面的孔内沉积满，让颗粒内部孔中硅沉积较少，材料的嵌锂应变仍然是石墨的多倍，无法直接作为负极材料使用，只能少量掺混在石墨中，对负极克容量的提高有限。

另外，专利CN116130637A公开了一种硅碳负极材料、制备方法及电池，属于电池技术领域；所述硅碳负极材料包括多孔炭、原位碳复合的纳米硅颗粒、以及外层的包覆碳层，多孔碳具有若干孔隙，所述原位碳复合的纳米硅颗粒填充在孔隙内，所述原位碳复合的纳米硅颗粒包括纳米硅颗粒和包覆在纳米硅颗粒表面的热解碳层，且所述纳米硅颗粒的尺寸从孔隙内部向孔隙外部逐渐减小；以气相硅源和热解碳源，通过共沉积这种自下而上的方式实现纳米厚度的热解碳与热解纳米硅原位复合，采用真空-气相等静压组合的制备方式，虽然有效实现了纳米碳复合硅纳米颗粒对孔隙内部的充分填充，但是其存在如下缺点：纳米硅颗粒连续分布于多孔碳的孔道中，颗粒之间缺少孔隙，在充放电膨胀时对孔道内壁的应力较大，容易造成颗粒破裂；同时在多孔碳表面仍易沉积大量纳米硅颗粒，无孔道束缚，使硅碳负极的满充膨胀率降低有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种低应变的硅碳负极材料及其制备方法和应用，以解决现有硅碳负极材料在充放电过程中应变大以及活性物质之间、活性物质与集流体之间的电子接触丧失、循环性能不满足的问题，其满嵌膨胀率低，能够在石墨中高比例掺混或单独使用，有利于电芯能量密度提高。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种低应变的硅碳负极材料，其包括多孔碳基体以及非连续分布于多孔碳基体的孔道中的硅碳复合颗粒，所述硅碳复合颗粒包括纳米硅颗粒和包覆在纳米硅颗粒表面的碳层，且所述硅碳复合颗粒在孔道内与周围硅碳复合颗粒的距离的平均值在预设范围内；所述硅碳复合颗粒采用原位碳复合得到，将液态硅烷或液态硅烷与溶剂的混合液灌注于多孔碳基体的孔道中，热处理以热解液态硅烷或液态硅烷与溶剂的混合液，实现纳米硅颗粒和碳层的原位复合。利用硅碳复合颗粒在孔道内与周围硅碳复合颗粒之间的间隙原位吸收硅碳复合颗粒充放电过程中的膨胀，使硅碳负极材料在充放电过程中的应变大大减小，得到与石墨相近的应变表观和应变特性。使所述硅碳材料可以与石墨高比例混用或单独使用，克容量可以达到1500mAh/g及以上，能使电芯能量密度提高20％以上。

进一步，所述硅碳复合颗粒的长轴方向直径与短轴方向直径之比为1～1.8；所述硅碳复合颗粒的短轴方向直径≤5nm。通过控制硅碳复合颗粒尺寸，能够减小充放电过程中的绝对膨胀值，使得硅纳米粒子的膨胀被孔隙和多孔碳骨架吸收。如果硅碳复合颗粒粒径即硅碳复合颗粒的短轴方向直径＞5nm，充放电过程中的应变会超过包覆在纳米硅颗粒表面的碳层形变范围，相应地使得硅碳负极材料充放电过程的应变迅速增大。

进一步，所述液态硅烷包括四氢硅烷、甲硅烷、乙硅烷、四氟硅烷、三氯硅烷、氯硅烷、六甲基二硅烷、三(三甲硅基)硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷、二甲基乙烯基氯硅烷、四乙烯硅烷、乙烯基三氯硅烷、苯基硅烷、二苯硅烷、四甲基硅烷、四乙基硅烷和三甲基苯基硅烷中的一种或几种；所述溶剂包括四氢呋喃、碳酸二甲酯、正丁醚、氯仿、二硫化碳、正己烷、甲苯中的一种或多种。

进一步，所述多孔碳基体的孔道平均孔径为1.8～5nm，孔容积为0.2～1.1cm

进一步，通过多孔碳基体的孔道平均孔径和孔容积的设计，调节硅碳负极材料中硅的负载量为5～40％，满足多种克容量及应用场景需求。若硅的负载量低于5％，则材料克容量提升有限；若硅的负载量超过40％，充放电过程中的膨胀将超过多孔碳基体的孔道吸收的上限，使硅碳负极材料的应变急剧增大。

进一步，所述多孔碳基体外表面包覆有碳包覆层或聚合物包覆层，有效防止了硅碳复合颗粒直接和电解液接触。

第二方面，本发明提供了一种低应变的硅碳负极材料的制备方法，包括将液态硅烷或液态硅烷与溶剂的混合液灌注于多孔碳基体的孔道中，热处理以热解液态硅烷或液态硅烷与溶剂的混合液，实现纳米硅颗粒和碳层的原位复合，制得低应变的硅碳负极材料。

进一步，所述热处理的温度设定为300～1200℃，保温时间设定为1～6h。

进一步，将液态硅烷或液态硅烷与溶剂的混合液灌注于多孔碳基体的孔道中具体为：将多孔碳基体放入反应器中进行抽真空至≤-95kPa，排出多孔碳基体内部的空气，抽真空结束后通入液态硅烷或液态硅烷与溶剂的混合液，在预设温度下搅拌，对多孔碳基体的孔道进行灌注。

进一步，灌注完成后，通入保护气氩气调节压力为常压，进行离心过滤，采用弱极性溶剂洗涤除去多孔碳基体孔道外的硅烷，然后进行热处理；

热处理完成后，检测制得的低应变的硅碳负极材料的硅的负载量是否达到设定值，若未达到，则重复灌注、热处理操作，直至满足要求。

进一步，热处理完成后，在多孔碳基体外表面包覆碳包覆层或聚合物包覆层。

进一步，热处理完成后，采用机械混合方法、喷雾干燥方法或气相沉积方法在多孔碳基体外表面包覆碳包覆层，包覆时的碳源选自沥青、芳香烃、糖类、油脂、有机酸、有机酸酯、小分子醇和小分子烷烃中的一种或多种。包覆工艺成熟，易于实现。

进一步，制得的低应变的硅碳负极材料的粒径D50为5～30μm，通过控制硅碳负极材料的粒径大小，以满足极片压实密度需求。制得的低应变的硅碳负极材料的克容量为370～1500mAh/g，进而能够有效提高电芯能量密度。

第三方面，本发明提供了上述的低应变的硅碳负极材料或上述的低应变的硅碳负极材料制备方法制得的产品在电池负极材料中的应用。

本发明的有益效果：

1、本发明所述的低应变的硅碳负极材料，通过液态硅烷或液态硅烷与溶剂的混合液的灌注以及多孔碳基体的孔道尺寸的限制，使得硅碳复合颗粒非连续分布于多孔碳基体的孔道中，且保证了硅碳复合颗粒在孔道内与周围硅碳复合颗粒的距离的平均值在预设范围内，进而避免了气相沉积方式在外层将孔道填满的问题。利用硅碳复合颗粒在孔道内与周围硅碳复合颗粒之间的间隙原位吸收硅碳复合颗粒充放电过程中的膨胀，使硅碳负极材料在充放电过程中的应变大大减小，得到与石墨相近的应变表观和应变特性。使所述硅碳材料可以与石墨高比例混用或单独使用，克容量可以达到1500mAh/g及以上，能使电芯能量密度提高20％以上。

2、本发明所述的硅碳负极材料，通过弱极性溶剂洗涤除去多孔碳基体孔道外的硅烷，减少了硅碳复合颗粒在多孔碳基体表面的沉积长大的问题，使硅碳复合颗粒主要分布于多孔碳基体的孔隙中，进一步降低了硅碳材料的满充应变。

3、本发明所述的低应变的硅碳负极材料，通过限定硅碳复合颗粒的短轴方向直径≤5nm，减小了锂离子在低离子电导率硅材料中扩散距离，同时由于硅碳复合颗粒外表面的碳层的可逆膨胀，保障了硅与碳的稳定接触，使材料具有更佳的快充性能，因此同时解决了硅碳负极材料的快充难题。

4、本发明所述的低应变的硅碳负极材料制备方法工艺流程简单，并且通过重复灌注、热处理操作即可实现低应变的硅碳负极材料的硅的负载量调节，操作方便，易于实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1为本发明实施例中所述低应变的硅碳负极材料的结构示意图之一；

图2为本发明实施例中所述低应变的硅碳负极材料的结构示意图之二。

图中，1—多孔碳基体，2—孔道，3—硅碳复合颗粒，31—纳米硅颗粒，32—碳层，4—包覆层。

具体实施方式

以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

硅基材料在嵌脱锂过程中有很大的应变(对于Li15Si4体积变化约为360％)，使得材料发生粉化，电极结构坍塌，活性物质之间、活性物质与集流体之间的电子接触丧失，从而导致硅基负极的容量会发生快速衰减，循环寿命无法满足应用要求。并且目前一般采用气相沉积方式在多孔碳基体的孔道中沉积硅源，然后原位形成纳米硅颗粒，但是该方法中硅源分解的硅是从外到内部沉积，这种沉积很容易将表面的孔内沉积满，让多孔碳基体内部孔中硅沉积较少，材料的嵌锂应变仍然是石墨的多倍，无法直接作为负极材料使用，只能少量掺混在石墨中，对负极克容量的提高有限。

为解决该问题，本发明提供了一种低应变的硅碳负极材料，参见图1所示，其包括多孔碳基体1以及非连续分布于多孔碳基体1的孔道2中的硅碳复合颗粒3，所述硅碳复合颗粒3包括纳米硅颗粒31和包覆在纳米硅颗粒31表面的碳层32，且所述硅碳复合颗粒3在孔道2内与周围硅碳复合颗粒3的距离L的平均值L

所述硅碳复合颗粒3采用原位碳复合得到，将液态硅烷或液态硅烷与溶剂的混合液灌注于多孔碳基体1的孔道2中，热处理以热解液态硅烷或液态硅烷与溶剂的混合液，实现纳米硅颗粒31和碳层32的原位复合。

参见图1所示，所述硅碳复合颗粒3的长轴方向直径r

所述多孔碳基体1的孔道平均孔径为1.8～5nm，孔容积为0.2～1.1cm

本实施例中，所述液态硅烷包括四氢硅烷、甲硅烷、乙硅烷、四氟硅烷、三氯硅烷、氯硅烷、六甲基二硅烷、三(三甲硅基)硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷、二甲基乙烯基氯硅烷、四乙烯硅烷、乙烯基三氯硅烷、苯基硅烷、二苯硅烷、四甲基硅烷、四乙基硅烷和三甲基苯基硅烷中的一种或几种；所述溶剂包括四氢呋喃、碳酸二甲酯、正丁醚、氯仿、二硫化碳、正己烷、甲苯中的一种或多种。原料易获得，利于工业化应用。

作为本发明的一种优选实施方式，参见图2所示，为了防止多孔碳基体1的孔道2内的硅碳复合颗粒3直接和电解液接触，在所述多孔碳基体1外表面包覆有包覆层4即碳包覆层或聚合物包覆层。

优选地，所述包覆层4为碳包覆层。其中，碳包覆层4与多孔碳基体1的界面结合处的碳碳键占比≥90％，减少界面处的碳硅键，保证了硅碳材料对应变的抵抗能力和结构稳定性。具体地，采用机械混合方法、喷雾干燥方法或气相沉积方法在多孔碳基体外表面包覆碳包覆层，包覆时的碳源选自沥青、芳香烃、糖类、油脂、有机酸、有机酸酯、小分子醇和小分子烷烃中的一种或多种。包覆工艺成熟，易于实现。

实施例一，一种低应变的硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1，将400g、粒径D50为10μm的多孔碳基体放入反应器中，进行抽真空至≤-95kPa，排出多孔碳基体内部的空气，抽真空结束后通入800mL、质量比为1:1的四甲基甲硅烷和正己烷混合溶液，在温度为30℃的条件下搅拌12h，对多孔碳基体的孔道灌注液相硅源。

S2，硅烷灌注完成后，通入保护气体即氩气调节反应器内压力为常压，利用离心作用，除去颗粒间间隙多余的四甲基甲硅烷和正己烷混合溶液，基体操作为：加入400mL的正己烷搅拌5min，进行离心过滤，洗涤除去多孔碳基体的孔道外的多余的四甲基甲硅烷和正己烷混合溶液，得到复合前驱体。

S3，将所得的复合前驱体在温度为500℃的条件下保温1h，在孔道直径的限制下，形成直径≤5nm的硅碳复合颗粒。

S4，重复S1～S3，调控材料硅的负载量至设定值即34％。

S5，将S4所得400g的材料、200g的柠檬酸、10g的PVP在1000mL的去离子水中混合均匀，将混合均匀的浆料于温度为170℃的条件下喷雾干燥得到硅碳负极前驱体。将喷雾干燥后得到的硅碳负极前驱体在氮气保护下进行热处理，具体的，以1℃/min的升温速率加热至800℃，并于温度为800℃的条件下保温5h，以在硅碳复合材料外面包覆无定形碳包覆层，冷却后进行筛分处理，即得低应变的硅碳负极材料。该低应变的硅碳负极材料的无定形碳包覆层和多孔碳基体界面结合处，碳碳键占比≥90％。

实施例二，一种低应变的硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1，将400g、粒径D50为10μm的多孔碳基体放入反应器中，多孔碳基体的孔道平均直径为4.8nm，孔容为0.8cm

S2，硅烷灌注完成后，通入保护气体即氩气调节反应器内压力为常压，利用离心作用，除去颗粒间间隙多余的四甲基甲硅烷和正己烷混合溶液，基体操作为：加入400mL的正己烷搅拌5min，进行离心过滤，洗涤除去多孔碳基体的孔道外的多余的四甲基甲硅烷和正己烷混合溶液，得到复合前驱体。

S3，将所得的复合前驱体在温度为500℃的条件下保温1h，在孔道直径的限制下，形成直径≤4.8nm的硅碳复合颗粒。

S4，重复S1～S3，调控材料硅的负载量至设定值即34％。

S5，将S4所得400g的材料、200g的柠檬酸、10g的PVP在1000mL的去离子水中混合均匀，将混合均匀的浆料于温度为170℃的条件下喷雾干燥得到硅碳负极前驱体。将喷雾干燥后得到的硅碳负极前驱体在氮气保护下进行热处理，具体的，以1℃/min的升温速率加热至800℃，并于温度为800℃的条件下保温5h，以在硅碳复合材料外面包覆无定形碳包覆层，冷却后进行筛分处理，即得低应变的硅碳负极材料。该低应变的硅碳负极材料的无定形碳包覆层和多孔碳基体界面结合处，碳碳键占比≥90％。

实施例三，一种低应变的硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1，将400g、粒径D50为10μm的多孔碳基体放入反应器中，多孔碳基体的孔道平均直径为1.8nm，孔容为0.8cm

S2，硅烷灌注完成后，通入保护气体即氩气调节反应器内压力为常压，利用离心作用，除去颗粒间间隙多余的四甲基甲硅烷和正己烷混合溶液，基体操作为：加入400mL的正己烷搅拌5min，进行离心过滤，洗涤除去多孔碳基体的孔道外的多余的四甲基甲硅烷和正己烷混合溶液，得到复合前驱体。

S3，将所得的复合前驱体在温度为500℃的条件下保温1h，在孔道直径的限制下，形成直径≤1.8nm的硅碳复合颗粒。

S4，重复S1～S3，调控材料硅的负载量至设定值即14％。

S5，将S4所得400g的材料、200g的柠檬酸、10g的PVP在1000mL的去离子水中混合均匀，将混合均匀的浆料于温度为170℃的条件下喷雾干燥得到硅碳负极前驱体。将喷雾干燥后得到的硅碳负极前驱体在氮气保护下进行热处理，具体的，以1℃/min的升温速率加热至800℃，并于温度为800℃的条件下保温5h，以在硅碳复合材料外面包覆无定形碳包覆层，冷却后进行筛分处理，即得低应变的硅碳负极材料。该低应变的硅碳负极材料的无定形碳包覆层和多孔碳基体界面结合处，碳碳键占比≥90％。

实施例四，一种低应变的硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1，将400g、粒径D50为10μm的多孔碳基体放入反应器中，多孔碳基体的孔道平均直径为1.8nm，孔容为0.9cm

S2，硅烷灌注完成后，通入保护气体即氩气调节反应器内压力为常压，利用离心作用，除去颗粒间间隙多余的四甲基甲硅烷和正己烷混合溶液，基体操作为：加入400mL的正己烷搅拌5min，进行离心过滤，洗涤除去多孔碳基体的孔道外的多余的四甲基甲硅烷和正己烷混合溶液，得到复合前驱体。

S3，将所得的复合前驱体在温度为500℃的条件下保温1h，在孔道直径的限制下，形成直径≤1.8nm的硅碳复合颗粒。

S4，重复S1～S3，调控材料硅的负载量至设定值即34％。

S5，将S4所得400g的材料、200g的柠檬酸、10g的PVP在1000mL的去离子水中混合均匀，将混合均匀的浆料于温度为170℃的条件下喷雾干燥得到硅碳负极前驱体。将喷雾干燥后得到的硅碳负极前驱体在氮气保护下进行热处理，具体的，以1℃/min的升温速率加热至800℃，并于温度为800℃的条件下保温5h，以在硅碳复合材料外面包覆无定形碳包覆层，冷却后进行筛分处理，即得低应变的硅碳负极材料。该低应变的硅碳负极材料的无定形碳包覆层和多孔碳基体界面结合处，碳碳键占比≥90％。

实施例五，一种低应变的硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1，将400g、粒径D50为10μm的多孔碳基体放入反应器中，多孔碳基体的孔道平均直径为1.8nm，孔容为0.9cm

S2，硅烷灌注完成后，通入保护气体即氩气调节反应器内压力为常压，利用离心作用，除去颗粒间间隙多余的四甲基甲硅烷和正己烷混合溶液，基体操作为：加入400mL的正己烷搅拌5min，进行离心过滤，洗涤除去多孔碳基体的孔道外的多余的四甲基甲硅烷和正己烷混合溶液，得到复合前驱体。

S3，将所得的复合前驱体在温度为500℃的条件下保温1h，在孔道直径的限制下，形成直径≤1.8nm的硅碳复合颗粒。

S4，重复S1～S3，调控材料硅的负载量至设定值即36％。

S5，将S4所得400g的材料、200g的柠檬酸、10g的PVP在1000mL的去离子水中混合均匀，将混合均匀的浆料于温度为170℃的条件下喷雾干燥得到硅碳负极前驱体。将喷雾干燥后得到的硅碳负极前驱体在氮气保护下进行热处理，具体的，以1℃/min的升温速率加热至800℃，并于温度为800℃的条件下保温5h，以在硅碳复合材料外面包覆无定形碳包覆层，冷却后进行筛分处理，即得低应变的硅碳负极材料。该低应变的硅碳负极材料的无定形碳包覆层和多孔碳基体界面结合处，碳碳键占比≥90％。

对比例一：本对比例的硅碳负极材料为由传统砂磨硅颗粒与碳包覆层构成的类石榴结构。合成方法如下：

步骤一，将200g的纳米硅(粒径35nm)、100g的1wt％碳纳米管导电液、100g的1wt％石墨烯导电液分散均匀，之后喷雾干燥，之后在温度为800℃碳化1h，得到前驱体材料；

步骤二，将50g的酚醛树脂添加到480g的正己烷中分散均匀，之后添加100g的前驱体材料分散均匀，喷雾干燥后，在氮气气氛下进行碳化，升温速率1℃/min，热处理温度为800℃，保温5h，冷却后进行筛分处理，得到所述硅碳复合材料。

对比例二：本对比例的硅碳负极材料，由多孔碳、气相沉积硅颗粒及碳包覆层构成。合成方法如下：

步骤一，将400g、粒径D50为10μm的多孔碳基体放入反应器中，通入甲硅烷(流量设定为0.8L/min)和保护气氩气(流量设定为0.4L/min)，加热使反应器的内环境升温至500℃，并于500℃温度下保温120min，以气相沉积的方式在多孔碳基体中进行硅沉积。硅纳米颗粒沉积完成后，关闭甲硅烷，通入丙烷(流量为0.8L/min)和保护气氩气(流量为0.4L/min)，进行外层碳层气相沉积，得到硅碳复合颗粒。

步骤二，将所得400g硅碳复合粒子、200g柠檬酸、10gPVP在1000mL去离子水中混合均匀，将混合均匀的浆料于170℃下喷雾干燥得到硅碳负极前驱体。

步骤三，将喷雾干燥后得到的硅碳负极前驱体在氮气氮气(流量为0.5L/min)保护下进行热处理，具体的，以1℃/min的升温速率加热至800℃，并于800℃温度下保温5h，以在硅碳复合材料外面包覆无定形碳包覆层，冷却后进行筛分处理，即得负极材料。

对比例三：由多个硅碳复合粒子及最外层碳包覆层构成。

本实施例中，多孔碳基体的粒径D50为10μm，孔道平均直径为1.8nm，孔容为0.8cm

本对比例的硅碳负极材料合成方法同实施例一。区别在于硅含量为45％。

对比例四：由多个硅碳复合粒子及最外层碳包覆层构成。

本实施例中，多孔碳基体的粒径D50为10μm，孔道平均直径为7.2nm，孔容为0.8cm3/g。在孔道的限制下硅碳复合粒子的平均直径≤7.2nm。硅碳材料硅含量为34％，无定形碳包覆层和多孔碳基体界面结合处，碳碳键占比≥90％。

本对比例的硅碳负极材料合成方法同实施例一，区别在于多孔碳基体平均孔径为7.2nm。

将实施例一至实施例五以及对比例一至对比例四中制得的材料进行扣电性能性能测试。

测试方法具体为：取实施例一至实施例五以及对比例一至对比例四中制得的硅碳负极材料作为锂电池的负极材料，与粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)、导电剂(Super-P)按照80:10:10的质量比混合，加入适量的N—甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂调成浆料，涂覆在铜箔上，并经真空干燥、辊压，制备成负极片，并使用千分尺测量新鲜负极极片的辊压厚度。采用NCM622作为电池正极材料，与PVDF、Super-P按照95：2.5:2.5的质量制成浆料，涂覆于铝箔上制成正极极片。使用1mol/L的LiPF6三组分混合溶剂按EC:DMC:EMC＝1:1:1(m/m)混合的液，并添加10％的氟代碳酸乙烯酯(FEC)作为电解液。采用聚丙烯微孔膜为隔膜，组装成单层叠片软包电池。

将制成的单层叠片软包电池，在常温25℃条件下，进行3C放电和循环寿命测试测试，测试电压区间为3.0～4.3V。另外，将单层叠片电池嵌锂至4.3V，拆解出负极极片用千分尺测试极片满充厚度，并计算满充膨胀率＝满充厚度/辊压厚度。结果如表1所示。

表1实施例与对比例制得的硅碳负极材料的结构和性能对比

经表1的性能对比结果，可以发现本发明实施例一至实施例五制得的低应变的硅碳负极材料的克容量在697～1487mAh/g之间。通过内外碳层对超细硅纳米颗粒膨胀的吸收，满充极片膨胀率较传统硅碳负极(对比例一)降低85％以上，颗粒内部膨胀导致的应力大大降低。这使得制得的低应变的硅碳负极材料可以单独作为负极使用。纯硅碳负极在常温下，循环性能优异，可以满足动力电池对寿命的需求。同时因硅纳米颗粒的尺寸减小及内外碳层的良好接触，电池在3C放电倍率下可以获得＞80％的容量保持。

通过对比例二可以发现，气相沉积相同硅含量时，满充膨胀率高出56％(较实施例二)，表明气相沉积时存在局部富集作用，导致较大的膨胀。而通过液相浸渍法则可以将硅颗粒分散得更均匀，膨胀更小。

通过对比例三和对比例四可以发现，当硅的负载量过高或硅纳米层厚度超过5nm时，颗粒均会表现出较大的满充膨胀率循环过程中迅速衰减，不利于实际应用。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。