CN108598389B - 一种锂离子电池硅碳负极材料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种锂离子电池硅碳负极材料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池硅碳负极材料及其制备方法与应用。该方法包含如下步骤：(1)将硅粉进行高温气化处理，得到气态硅；然后急速冷却，得到纳米硅；(2)将鳞片石墨进行球磨，干燥，得到纳米石墨片；(3)将上述纳米硅加入到水中，并加入硅烷偶联剂，得到混合液A；然后将纳米石墨片和柠檬酸加入到混合液A中，得到混合液B；(4)将有机碳溶液加入到混合液B中，得到混合液C，喷雾干燥，得到硅碳复合材料前驱体；(5)将硅碳复合材料前驱体在惰性气体环境中煅烧得到锂离子电池硅碳负极材料。本发明工艺简单、操作方便，适宜工业化生产，制得的锂离子电池硅碳负极材料表现出电化学性能优秀、比容量高、循环稳定性好的优点。

Description

一种锂离子电池硅碳负极材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于能源储能材料技术领域，特别涉及一种锂离子电池硅碳负极材料及其制备方法与应用。
背景技术
目前各国基本主导的能源还是煤炭、石油、天然气等传统能源，但是随着全球经济的飞速发展，煤炭、石油、天然气等不可再生资源的过量开采和使用，导致能源资源储量正在日益减少，因此能源的短缺无法满足当今世界各国快速发展的需求。同时，煤炭、石油等不可再生能源的大量使用也给环境带来了巨大的污染问题：全球气候变暖、空气质量变差、水污染。因此，我们必须要发展可持续能源，即开发可再生、低污染的新能源。在全球能源短缺和环境恶化的背景下，国家提倡采用储能电池作为电动自行车、电动汽车等交通工具的动力源，锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命、无记忆效应等优点，而且它是一种绿色的能源储存与转换装置。现在，锂离子电池已经广泛应用于便携式电子设备和动力汽车等领域。
石墨碳类负极材料具有良好的导电性、丰富的资源、无污染等优点，已成功实现产业化应用。然而，石墨的理论比容量较低(372mAh/g)，已无法满足动力能源的日益需求，并且它的充放电平台较低(0.01～0.2V vs.Li/Li+)容易引起石墨负极表面析锂，而存在安全隐患。目前研究较多的锂离子电池负极材料有：钛酸盐、金属氧化物、锡基合金、锗基，以及硅基负极材料等。硅的理论比容量高达4200mAh/g(Li22Si5)，高出已经商业化的石墨类材料(372mAh/g)十倍以上，因此硅负极材料具有巨大的应用前景。但是纯硅材料作为锂离子电池负极材料存在不可忽视的问题：一是硅属于半导体，导电性很差；二是在硅在嵌脱锂的过程中会出现严重的体积膨胀，使得电极材料在多次循环过程中会逐渐粉化而导致结构坍塌，进而引起首次效率和循环寿命低等问题。
针对上述纯硅电极材料的缺点，目前研究较多的改善方案有：硅的纳米化、多孔硅、硅的合金化以及硅基复合。而硅基负极材料的制备方法有：铝热法还原二氧化硅制备多孔硅、高能纳米球磨制备纳米硅、CVD沉积制备硅纳米线、磁控溅射制备硅纳米薄膜、以及制备硅基复合材料(球磨混合、喷雾干燥、CVD碳包覆、液相有机碳非原位包覆、化学法原位聚合包覆等)。其中，硅碳复合材料中纳米硅的分散和纳米硅的包覆碳壳层的稳定性是硅碳负极材料电化学性能高低的关键因素。闭式循环喷雾干燥具有的优点有：简易的制备工艺流程，循环利用溶剂，快的干燥速率，产量大，因此非常适用于产业化生产。但现有的方法获得的硅基负极材料在实际应用时存在的较大的不可逆容量、差的导电性及循环稳定性等问题。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种锂离子电池硅碳负极材料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述方法制备得到的锂离子电池硅碳负极材料。该硅碳负极材料以高能纳米球磨的鳞片石墨作为载体，首次放电比容量达1300mAh/g以上，首次充放电效率高、比容量高、循环性能稳定、倍率性能好，解决了现有硅基负极材料在实际制备应用时存在的较大的不可逆容量、差的导电性及循环稳定性等问题。
本发明的再一目的在于提供上述锂离子电池硅碳负极材料的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，包含如下步骤：
(1)将硅粉利用射频等离子体系统进行高温气化处理，得到气态硅；然后将气态硅急速冷却，得到纳米硅；
(2)将鳞片石墨进行球磨，然后干燥，得到纳米石墨片；
(3)将步骤(1)中得到的纳米硅加入到水中，并加入硅烷偶联剂，然后超声分散，得到混合液A；然后将步骤(2)中得到的纳米石墨片和柠檬酸加入到混合液A中，并搅拌分散均匀，得到混合液B；
(4)将有机碳溶液加入到步骤(3)中得到的混合液B中，搅拌均匀，得到混合液C；然后将混合液C进行喷雾干燥，得到硅碳复合材料前驱体；
(5)将步骤(4)中得到的硅碳复合材料前驱体在惰性气体环境中升温至400～600℃恒温保持3～5h，然后升温至800～1000℃恒温保持3～5h，得到锂离子电池硅碳负极材料。
步骤(1)中所述的高温气化处理优选为通过如下方法实现：将硅粉置于射频等离子体系统中，调整射频等离子体系统中的射频电流，使得惰性气体产生等离子体束流，实现5000～12000℃高温环境，将粗硅气化成气态硅。
所述的高温环境的温度优选为9000～12000℃。
所述的射频电流优选为5.8A～7.3A。
所述的惰性气体优选氩气。
步骤(1)中所述的硅粉优选为200目(74μm)的硅粉。
步骤(1)中所述的急速冷却优选为采用液氮急速冷却。
步骤(1)中所述的急速冷却的速度为100～500℃/min；优选为250～500℃/min。
步骤(1)中所述的纳米硅的粒径为20～100nm；优选为30～80nm。
步骤(2)中所述的鳞片石墨为常规市购的商用石墨；优选粒径为11～20μm的鳞片石墨。
步骤(2)中所述的球磨为采用高能纳米湿法进行球磨；优选为通过如下步骤实现：将鳞片石墨加入到水中，搅拌10～30分钟后加入到高能纳米球磨机进行球磨；其中，高能纳米湿法球磨是以氧化锆球为磨球。
所述的水优选为去离子水。
所述的氧化锆球的平均粒径优选为0.8～1.2mm。
步骤(2)中所述的球磨的条件为：3000rpm球磨20～30小时；优选为3000rpm球磨25小时。
步骤(2)中所述的球磨的介质优选为去离子水、乙醇或乙二醇。
步骤(2)中所述的纳米石墨片中石墨片的厚度为80～200nm；
步骤(3)中所述的硅烷偶联剂优选为KH-550。
步骤(3)中所述的硅烷偶联剂的添加量为按硅烷偶联剂占纳米硅质量的3％～5％计算；优选为按硅烷偶联剂占纳米硅质量的5％计算。
步骤(3)中所述的超声的频率优选为20kHz。
步骤(3)中所述的超声的时间优选为0.5～1h。
步骤(3)中所述的混合液B优选为通过如下方法获得：先将步骤(2)中得到的纳米石墨片、水和柠檬酸搅拌均匀，再加入到混合液A中搅拌分散均匀，得到混合液B。
步骤(3)中所述的搅拌的时间优选为0.5～2h。
步骤(3)中所述的纳米硅与纳米石墨片的质量比为1:2～4；优选为1:3。
步骤(3)中所述的柠檬酸添加量为按柠檬酸占纳米石墨片质量的3％～5％计算；优选为按柠檬酸占纳米石墨片质量的3％计算。
步骤(3)和(4)中所述的搅拌的速度为800～1000r/min。
步骤(4)中所述的混合液C中固含量为10～30％。
步骤(4)中所述的有机碳溶液中的有机碳与所述纳米硅的质量比为4:5。
步骤(4)中所述的有机碳溶液为沥青-四氢呋喃溶液；优选为通过如下方法获得：将沥青加入到四氢呋喃中搅拌均匀，得到有机碳溶液。
所述的四氢呋喃的用量优选为按每g(克)沥青配比7.5mL四氢呋喃计算。
所述的搅拌的时间优选为30min。
步骤(4)中所述的搅拌的时间优选为1～3h。
步骤(4)中所述的干燥优选为通过闭式循环喷雾干燥机进行干燥。
所述的闭式循环喷雾干燥机为离心雾化器，其转速为15000～40000r/min，进出口温度分别为200～250℃和80～120℃，进料速度为10～20mL/min。
步骤(5)中所述的惰性气体为纯度为99.999％的氮气或纯度为99.999％的氩气。
步骤(5)中所述的升温的速度为1～5℃/min；优选为2℃/min。
一种锂离子电池硅碳负极材料，通过上述任一项所述的方法制备得到。
所述的锂离子电池硅碳负极材料在锂电池电极材料制备领域中的应用。
一种锂离子电池负极片，包含所述的锂离子电池硅碳负极材料。
所述的锂离子电池负极片还包括粘结剂和导电剂。
所述的锂离子电池负极片的制备方法，包含如下步骤：
(I)将上述锂离子电池硅碳负极材料、粘结剂和导电剂按照(80～90)：(5～10)：(5～10)的质量比均匀混合，得到浆料；
(II)将步骤(I)制得的浆料涂覆在铜箔上，并真空干燥、辊压，得到锂离子电池负极片。
步骤(I)中所述的锂离子电池硅碳负极材料、粘结剂和导电剂的质量比优选为8:1:1。
步骤(I)中所述的粘结剂优选为粘结剂LA132或羧甲基纤维素钠(CMC)。
所述的粘结剂LA132为成都茵地乐公司生产的水系粘结剂。
步骤(I)中所述的导电剂为常规市购的商用导电液；优选为导电碳黑Super-P或石墨烯导电液。
步骤(II)中所述的涂覆的厚度为90～160微米；优选为100微米。
步骤(II)中所述的真空干燥的条件为：60～120℃干燥10～24h；优选为：80℃干燥12h。
步骤(II)中所述的辊压的厚度为70～140微米；优选为85微米。
本发明的原理：常规的干燥方式不能使纳米硅非常均匀地分散在纳米石墨片的两侧表面，另外纳米硅极其容易发生团聚，从而引起了锂电池硅碳负极材料的首次效率较低，循环性能较差等问题。而本发明采用了射频感应等离子体技术制备得到的球形纳米硅，且颗粒粒径很小(20～100nm)；同时，本发明主要采用商业的鳞片石墨，通过高能纳米湿法球磨机球磨鳞片石墨，得到超薄纳米石墨片(粒径为3～8μm，厚度为80～200nm)，然后使用闭式循环喷雾干燥的方式制备硅碳复合材料粉体，二维的纳米石墨片通过喷雾干燥堆积组装成三维网孔结构，而纳米硅均匀分散在纳米石墨片的两侧表面上，被有机碳热解形成的碳壳包覆，形成一种核壳结构。
本发明对于纳米硅采用了硅烷偶联剂进行分散处理，在制备硅碳复合材料的喷雾干燥中，柠檬酸发挥粘合剂的作用，使得纳米硅均匀地分散在纳米石墨片的表面。碳化处理后，柠檬酸和沥青等有机碳碳化成多孔碳壳，有效地提高材料的首次效率和循环稳定性。因此，本发明所制备的以纳米石墨片为载体的新型锂离子电池硅碳负极材料具有首次充放电效率高、比容量高、循环稳定等优点。通过一系列电化学测试，本发明制备方法得到的锂离子电池硅碳负极材料首次比容量达1300mAh/g以上，远远高于目前商业化的石墨理论容量为372mAh/g。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明充分利用了射频感应等离子体技术制备得到的球形纳米硅的优势，且颗粒粒径很小(20～100nm)，采用硅烷偶联剂进行表面分散和沥青碳包覆，碳化后得到多孔碳壳；利用高能纳米球磨机将鳞片石墨进行高能纳米球磨制得纳米石墨片；通过喷雾干燥将二维纳米石墨片堆积组装成三维网孔结构，而纳米硅均匀分散在纳米石墨片的两侧表面上。制得的三维网孔结构和碳包覆壳，有效的使得纳米硅碳负极材料的首次效率高和循环稳定的优势充分发挥出来。
(2)本发明成功解决了现有技术中硅基负极材料在实际制备锂电池负极的应用时，存在的不可逆容量损失大、导电性能差和循环稳定性差的问题。
(3)本发明公开的纳米石墨片为载体的锂电池硅碳负极材料的应用工艺简单、操作方便、成本低廉、生产效率高、并适于工业化规模生产。
(4)本发明所制备的锂电池硅碳负极具有首次充放电效率高、比容量高、循环性能稳定等优点，能满足高容量长寿命电子设备的需求，使锂电池的应用范围更广。
附图说明
图1是实施例1、2和3制得纳米硅的射频等离子体设备图。
图2是实施例1制得的锂离子电池硅碳负极材料的XRD图谱图。
图3是实施例2制得的纳米硅的扫描电镜图。
图4是实施例1、2和3中的纳米球磨前鳞片石墨的扫描电镜图。
图5是实施例1、2和3制得的纳米球磨后纳米石墨片的的扫描电镜图。
图6是实施例3制得的锂离子电池硅碳负极材料的扫描电镜图；其中，图A为扫描电镜图(放大2.0K倍)；图B为局部放大图(放大20.5K倍)。
图7是实施例3制得的锂离子电池硅碳负极材料的横截面扫描电镜图。
图8是实施例3制得的锂离子电池硅碳负极材料的充放电循环曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)将10g商业化粗硅粉末(粒径为200目，74μm)置入射频等离子体系统(图1，15KWInduction plasma system，泰克纳等离子体系统公司，加拿大)中，并调节射频电流至5.8A，同步开启对氩气进行电感耦合等离子体束流，使其容腔温度至9000℃高温，将粗硅进行气化得到气态硅，随后开启气态硅的蒸汽阀门将气态硅导入液氮冷却仓(通过冷凝区是快速凝固)，冷却速度为250℃/min，得到冷却凝聚的纳米硅粉末，纳米硅的粒度大小约50～80nm；
(2)取40克的商用鳞片石墨(扫描电镜图如图4所示，商用鳞片石墨的粒径为11～20μm)加入到600mL的去离子水中，搅拌10～30分钟后加入到高能纳米球磨机中(磨球为平均粒径0.8～1.2mm的氧化锆球，球磨介质为去离子水)，转速3000r/min，球磨25小时，干燥后得到纳米石墨片粉末。纳米石墨片粉末的扫描电镜图如图5所示，纳米石墨片的粒径为3～8μm，厚度是80～200nm。
(3)取步骤(1)制得的纳米硅粉末5克加入到50mL的去离子水中，并加入硅烷偶联剂(KH-550)0.25克，然后超声(超声的频率是20kHz)分散30min，得到混合液I；然后取步骤(2)制得的纳米石墨片粉末15克和柠檬酸0.75克加入到150mL的去离子水中，并高速(转速是800～1000r/min)搅拌30min，得到混合液II；取沥青4克加入到30mL四氢呋喃中，并搅拌30min，得到混合液III。
(4)将步骤(3)中的三种混合液混合，然后加入去离子水使整个分散体系的固含量为20％，并高速剪切搅拌30min，搅拌速度为800～1000r/min，得到混合液；然后将得到的混合液进行闭式循环喷雾干燥制粉，制得前驱体；其中，闭式循环喷雾干燥在闭式循环喷雾干燥机中进行，闭式循环喷雾干燥机为离心雾化器，其转速20000r/min，进出口温度分别为220℃和105℃，进料速度12mL/min。
(5)将步骤(4)制得的前驱体置于反应器中，往反应器中通入纯度为99.999％的氮气，并以2℃/min的速度升温至500℃后保温3h，然后再升温至900℃后保温3h，得到以纳米石墨片为载体的新型锂离子电池硅碳负极材料。
将步骤(5)制得的锂离子电池硅碳负极材料进行XRD图谱检测，检测结果如图2所示。分别比较了纳米石墨片与硅碳复合材料、纳米硅与硅碳复合材料的衍射峰，纳米石墨片与硅碳复合材料的衍射峰、以及纳米硅和硅碳复合材料的衍射峰都对的很一致，表明硅碳复合材料中既没有形成没有碳化合物，也没有形成硅化物，即在整个制备工艺的过程中，纳米石墨片和纳米硅的相都没有发生变化，属于物理复合。
将0.8g上述锂离子电池硅碳复合负极材料与0.1g的粘结剂CMC(羧甲基纤维素钠)、0.1g的导电碳黑Super-P均匀混合，调成浆料，涂覆在铜箔上，涂覆厚度为100微米，并经真空80℃干燥12个小时、辊压(厚度为85微米)制备成锂电池负极片1。
常温条件下，采用LAND电化学测试系统测试实施例1的电极材料装成的扣式电池的电化学性能。在100mA/g(0.075C)的电流密度下进行恒流充放电循环测试，电压区间为0.01～1.5V。测试结果：首次放充电比容量为1323/1078mAh/g，首次效率达到81.2％。
实施例2
(1)将10g商业化粗硅粉末(粒径为200目，74μm)置入超高温电感等离子体系统(图1，15KW Induction plasma system)中，并调节射频电流至6.2A，同步开启电感耦合等离子体束流，使其容腔温度至11000℃高温，将粗硅进行气化得到气态硅，随后开启气态硅的蒸汽阀门将气态硅导入液氮冷却仓，(通过冷凝区是快速凝固)，冷却速度为350℃/min，得到冷却凝聚的纳米硅粉末(图3扫描电镜图)，纳米硅的粒度大小约40～60nm；
(2)取40克的商用鳞片石墨(扫描电镜图如图4所示，商用鳞片石墨的粒径为11～20μm)加入到600mL的去离子水中，搅拌10～30分钟后加入到高能纳米球磨机(磨球为平均粒径0.8～1.2mm的氧化锆球，球磨介质为去离子水)中，转速3000rpm，球磨25小时，干燥后得到纳米石墨片粉末。纳米石墨片粉末的扫描电镜图如图5所示，纳米石墨片的粒径为3～8μm，厚度是80～200nm。
(3)取步骤(1)制得的纳米硅粉末5克加入到去离子水中，并加入硅烷偶联剂(KH-550)0.25克，然后超声(超声的频率是20kHz)分散30min，得到混合液I；然后取步骤(2)制得的纳米石墨片粉末15克和柠檬酸0.75克加入到去离子水中，并高速(转速是800～1000r/min)搅拌30min，得到混合液II；取沥青4克加入到30mL四氢呋喃中，并搅拌30min，得到混合液III。
(4)将步骤(3)中的三种混合液混合，然后加入去离子水使整个分散体系的固含量为20％，并高速剪切搅拌30min，搅拌速度为800～1000r/min，得到混合液；然后将得到的混合液进行闭式循环喷雾干燥制粉，制得前驱体；其中，闭式循环喷雾干燥在闭式循环喷雾干燥机中进行，闭式循环喷雾干燥机为离心雾化器，其转速22500r/min，进出口温度分别为220℃和105℃，进料速度12mL/min。
(5)将步骤(4)制得的前驱体置于反应器中，往反应器中通入纯度为99.999％的氮气并以2℃/min的速度升温至500℃后保温3h，然后再升温至900℃后保温3h，得到以纳米石墨片为载体的新型锂离子电池硅碳负极材料。
将0.8g上述锂离子电池硅碳复合负极材料与0.1g的粘结剂CMC(羧甲基纤维素钠)、0.1g的导电碳黑Super-P均匀混合，调成浆料，涂覆在铜箔上，涂覆厚度为100微米，并经真空80℃干燥12个小时、辊压(厚度为85微米)制备成锂电池负极片2。
常温条件下，采用LAND电化学测试系统测试实施例1的电极材料装成的扣式电池的电化学性能。在100mA/g(0.075C)的电流密度下进行恒流充放电循环测试，电压区间为0.01～1.5V。测试结果：首次放充电比容量为1343/1117mAh/g，首次效率达到83.2％，与商用的石墨类材料相比，有更高的比容量，同样具有很好的循环性能。
实施例3
(1)将10g商业化粗硅粉末(粒径为200目，74μm)置入超高温电感等离子体系统(图1，15KW Induction plasma system)中，并调节射频电流至7.3A，同步开启电感耦合等离子体束流，使其容腔温度至12000℃高温，将粗硅进行气化得到气态硅，随后开启气态硅的蒸汽阀门将气态硅导入液氮冷却仓(通过冷凝区是快速凝固)，冷却速度为500℃/min，得到冷却凝聚的纳米硅粉末，纳米硅的粒度大小约30～50nm；
(2)取40克的商用鳞片石墨(扫描电镜图如图4所示，商用鳞片石墨的粒径为11～20μm)加入到600mL的去离子水中，搅拌10～30分钟后加入到高能纳米球磨机(磨球为平均粒径0.8～1.2mm的氧化锆球，球磨介质为去离子水)中，转速3000r/min，球磨25小时，干燥后得到纳米石墨片粉末。纳米石墨片粉末的扫描电镜图如图5所示，纳米石墨片的粒径为3～8μm，厚度是80～200nm。
(3)取步骤(1)制得的纳米硅粉末5克加入到去离子水中，并加入硅烷偶联剂(KH-550)0.25克，然后超声(超声的频率是20kHz)分散30min，得到混合液I；然后取步骤(2)制得的纳米石墨片粉末15克和柠檬酸0.75克加入到去离子水中，并高速(转速是800～1000r/min)搅拌30min，得到混合液II；取沥青4克加入到30mL四氢呋喃中，并搅拌30min，得到混合液III。
(4)将步骤(3)中的三种混合液混合，然后加入去离子水使整个分散体系的固含量为20％，并高速剪切搅拌30min，得到混合液；然后将得到的混合液进行闭式循环喷雾干燥制粉，制得前驱体；其中，闭式循环喷雾干燥在闭式循环喷雾干燥机中进行，闭式循环喷雾干燥机为离心雾化器，其转速25000r/min，进出口温度分别为220℃和105℃，进料速度12mL/min。
(5)将步骤(4)制得的前驱体置于反应器中，往反应器中通入纯度为99.999％的氮气并以2℃/min的速度升温至500℃后保温3h，然后再升温至900℃后保温3h，得到以纳米石墨片为载体的新型锂离子电池硅碳负极材料。
图6为新型锂离子电池硅碳负极材料的扫描电镜图，图7新型锂离子电池硅碳负极材料的横截面扫描电镜图。
将0.8g上述锂离子电池硅碳复合负极材料与0.1g的粘结剂CMC(羧甲基纤维素钠)、0.1g的导电碳黑Super-P均匀混合，调成浆料，涂覆在铜箔上，涂覆厚度为100微米，并经真空80℃干燥12个小时、辊压(厚度为85微米)制备成锂电池负极片3。
常温条件下，采用LAND电化学测试系统测试实施例1的电极材料装成的扣式电池的电化学性能。在100mA/g(0.075C)的电流密度下进行恒流充放电循环测试，电压区间为0.01～1.5V。测试结果：首次放充电比容量为1352/1141mAh/g，首次效率达到84.4％，与商用的石墨类材料相比，有更高的比容量，同样具有很好的循环性能。图8是实施例1制得的新型锂离子电池硅碳负极材料的循环性能曲线。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
（1）将硅粉利用射频等离子体系统进行高温气化处理，得到气态硅；然后将气态硅急速冷却，得到纳米硅；
（2）将鳞片石墨进行球磨，然后干燥，得到纳米石墨片；
（3）将步骤（1）中得到的纳米硅加入到水中，并加入硅烷偶联剂，然后超声分散，得到混合液A；然后将步骤（2）中得到的纳米石墨片和柠檬酸加入到混合液A中，并搅拌分散均匀，得到混合液B；
（4）将有机碳溶液加入到步骤（3）中得到的混合液B中，搅拌均匀，得到混合液C；然后将混合液C进行喷雾干燥，得到硅碳复合材料前驱体；
（5）将步骤（4）中得到的硅碳复合材料前驱体在惰性气体环境中升温至400～600℃恒温保持3～5h，然后升温至800～1000℃恒温保持3～5h，得到锂离子电池硅碳负极材料；
步骤（1）中所述的急速冷却的速度为100～500℃/min；
步骤（1）中所述的纳米硅的粒径为20～100nm；
步骤（2）中所述的纳米石墨片中石墨片的粒径为3～8μm，厚度为80～200nm。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的高温气化处理通过如下方法实现：
将硅粉置于射频等离子体系统中，调整射频等离子体系统中的射频电流，使得惰性气体产生等离子体束流，实现5000～12000℃高温环境，将粗硅气化成气态硅；所述的射频电流为5.8A～7.3A。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的有机碳溶液为沥青-四氢呋喃溶液；所述的四氢呋喃的用量为按每克沥青配比7.5mL四氢呋喃计算。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：
步骤（3）中所述的硅烷偶联剂的添加量为按硅烷偶联剂占纳米硅质量的3%～5%计算；
步骤（3）中所述的纳米硅与纳米石墨片的质量比为1:2～4；
步骤（3）中所述的柠檬酸添加量为按柠檬酸占纳米石墨片质量的3%～5%计算。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的混合液C中固含量为10～30%。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：
步骤（2）中所述的球磨的介质为去离子水、乙醇或乙二醇；
步骤（3）中所述的硅烷偶联剂为KH-550。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：
步骤（2）中所述的球磨的条件为：3000rpm球磨20～30小时；
步骤（3）中所述的超声的频率为20kHz；
步骤（3）和（4）中所述的搅拌的速度为800～1000r/min。
8.一种锂离子电池硅碳负极材料，其特征在于：通过权利要求1～7任一项所述的方法制备得到。
9.权利要求8所述的锂离子电池硅碳负极材料在锂电池电极材料制备领域中的应用。
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