CN110444743A - 一种硅碳复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将氧化亚硅原料分散至含分散剂、金属催化剂和溶剂的混合溶液中，置于砂磨机中进行纳米化处理，然后经烘干、破碎处理后，得到氧化亚硅纳米颗粒；(2)将所述氧化亚硅纳米颗粒与沥青按质量比20:(1‑4)混合，于惰性气体环境下，在反应釜中经加热搅拌后，形成前驱体；(3)将所述前驱体置于管式炉中，于惰性气体环境下，经高温烧结后，得到硅碳复合材料粗品；(4)对所述硅碳复合材料粗品进行酸处理，然后水洗至中性，经烘干后收集得到硅碳复合材料。该制备方法工艺精简，可以用于工业化生产；所述硅碳复合材料导电性良好，具有良好的循环稳定性能。本发明还提供了硅碳复合材料极其应用。

Description

一种硅碳复合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材料领域，具体涉及一种硅碳复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
锂离子电池因其具有比能量大、自放电小、工作电压高、无记忆效应和绿色环保等优异性能成为当下新能源领域的研究热点。目前，应用于商业生产的锂离子电池负极材料主要为具有较低而且平稳的工作电位和良好循环性能的碳素材料。但是碳材料的比容量偏低，而锂离子电池负极材料的储锂容量又是制约其应用范围的关键因素。
硅具有较大的理论比容量(4200mAh/g)，比石墨类负极材料的比容量(372mAh/g)高一个数量级，同时具有较低的嵌锂电位(<0.4V vs Li/Li+)。然而，硅在与锂的合金化反应过程中，硅材料会产生剧烈的体积膨胀(体积变化率达到270％～300％)，容易导致活性材料在循环过程中发生结构破坏和粉化脱落，同时也会使得硅材料在电解液中无法形成稳定的表面固体电解质膜即SEI膜，电极结构被破坏后新暴露出的硅表面会再次形成新的SEI膜，从而导致充放电效率降低，加速容量衰减。另一方面，硅的本征电导率低，制约锂离子迁移速率，导致材料倍率性能差。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种硅碳复合材料及其制备方法。该硅碳复合材料的制备方法，整个工艺精简，可以用于大规模工业化生产；制备得到的硅碳复合材料导电性良好，具有较好的循环稳定性能。
第一方面，本发明提供了一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氧化亚硅原料分散至含分散剂、金属催化剂和溶剂的混合溶液中，置于砂磨机中进行纳米化处理，然后经烘干、破碎处理后，得到氧化亚硅纳米颗粒；
(2)将所述氧化亚硅纳米颗粒与沥青按质量比20:(1-4)混合，于惰性气体环境下，在反应釜中经加热搅拌后，形成前驱体；所述加热搅拌过程的温度曲线为：将温度升至250℃-350℃，保温1-3h，然后升温至550℃-650℃，保温2-6h；
(3)将所述前驱体置于管式炉中，于惰性气体环境下，经高温烧结后，得到硅碳复合材料粗品；
(4)对所述硅碳复合材料粗品进行酸处理，然后水洗至溶液呈中性，经烘干后收集得到硅碳复合材料。
可选地，所述步骤(1)中，所述氧化亚硅原料的粒径为1-20μm。
可选地，所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、吐温-80、十二烷基磺酸钠，十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的一种或多种。
进一步地，可选地，所述述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、吐温-80、十二烷基磺酸钠，十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的至少两种。
例如，本发明一具体实施方式中，所述分散剂为聚氧乙烯辛基苯酚醚-10，或为吐温-80，或为十二烷基磺酸钠，或为聚乙烯吡咯烷酮。本发明另一具体实施方式中，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮和十六烷基三甲基溴化铵；或者所述分散剂为聚氧乙烯辛基苯酚醚-10和吐温-80等。
可选地，所述溶剂包括去离子水、乙醇、乙二醇、异丙醇、异丁醇、N-甲基吡咯烷酮、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的一种或多种。
进一步地，可选地，所述溶剂包括去离子水、乙醇、乙二醇、异丙醇、异丁醇、N-甲基吡咯烷酮、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的至少两种。
可选地，所述分散剂和所述溶剂质量比为1:(117-450)。
可选地，所述氧化亚硅原料在所述混合溶液中的固含量为10-30％。
可选地，所述金属催化剂为硝酸镍、硝酸钴、硝酸铁、碳酸镍、硫酸镍和硫酸钴中的至少一种。
可选地，所述金属催化剂为硝酸镍、硝酸钴、硝酸铁、碳酸镍、硫酸镍和硫酸钴中的至少两种。
可选地，所述金属催化剂的金属元素质量占所述沥青质量的1.5％-5％。
本发明所述步骤(1)过程中，在分散剂的作用下，氧化亚硅原料可以充分分散在混合溶液中，并且在砂磨机中湿磨下，得到纳米化的、粒径均一的氧化亚硅纳米颗粒。
本发明中，所述步骤(1)中，所述氧化亚硅纳米颗粒的粒径为280-320nm。所述氧化亚硅纳米颗粒为粒径分布均一。
可选地，所述氧化亚硅纳米颗粒的表面碳含量为0.2％-0.5％。
可选地，所述氧化亚硅纳米颗粒的表面碳含量为0.1％-0.5％。本发明中，所述氧化亚硅纳米颗粒的表面碳含量是指所述氧化亚硅纳米颗粒的表面上的碳元素质量占所述氧化亚硅纳米颗粒质量的比例。
本发明中，所述氧化亚硅纳米颗粒表面上含有金属催化剂和分散剂。当所述溶剂为非挥发性溶剂时，所述氧化亚硅纳米颗粒表面上还有部分溶剂。所述氧化亚硅纳米颗粒表面上的分散剂和溶剂在后面的步骤(2)和步骤(3)的过程上，会形成碳包覆层。
本发明所述步骤(1)过程，一方面可以实现氧化亚硅的纳米化，降低生产成本，另一方面可以在得到的氧化亚硅纳米颗粒表面上至少包覆有分散剂和金属催化剂。
本发明中，所述惰性气体环境可以但不限于包括氮气或氩气环境下。
可选地，所述步骤(2)中，所述加热搅拌过程的搅拌转速为60-120rpm。所述转速下的搅拌更有利于氧化亚硅纳米颗粒在沥青中的分散。
进一步地，所述氧化亚硅纳米颗粒与沥青按质量比为20:(1-3.8)。
可选地，所述步骤(2)中，所述加热搅拌过程的温度曲线为：将温度升至250℃-350℃，保温2-3h，然后升温至550℃-650℃，保温3-6h。
例如，本发明一具体实施方式中，所述加热搅拌过程的温度曲线为：将温度升至250℃-350℃，保温3h，然后升温至550℃-650℃，保温3h。
本发明所述步骤(2)过程中，所述温度曲线下的加热搅拌过程中，先在250℃-350℃下时，使沥青实现流动状，进行二次造粒，使所述氧化亚硅纳米颗粒表面均匀包覆有沥青，并通过搅拌，使氧化亚硅纳米颗粒在整个沥青中均匀分布；然后升温至550℃-650℃的过程中，沥青开始碳化，流动性也减少，通过上述两个温度阶段的加热搅拌过程，可以进一步促进形成粒径分布均匀、表面碳包覆层厚度均匀的前驱体；防止出现大量结块、大小不均的前驱体。
可选地，所述步骤(3)中，所述高温烧结过程中的烧结温度为800-1200℃，烧结时间为4-10h。
进一步地，可选地，所述高温烧结过程中的烧结温度为1000-1200℃，烧结时间为4-10h。
进一步地，可选地，所述高温烧结过程中的烧结温度为1000-1200℃，烧结时间为8-10h。
进一步地，所述烧结温度可以按照10-30℃/min升温速率进行加热。
例如，所述高温烧结过程中的烧结温度为800℃，或为1000℃，或为1100℃，或为1200℃。所述烧结时间为4h，或为6h，或为8h，或为10h。
本发明步骤(3)中，前驱体中，原氧化亚硅纳米颗粒表面的分散剂和沥青等组分均会逐步实现碳化，形成碳包覆层；所述前驱体中氧化亚硅也会进行歧化反应，形成SiOx材料，所述SiOx材料包括单质硅、氧化亚硅和氧化硅等；所述前驱体中的金属催化剂也被还原成金属单质，并起到使烧结过程中形成的无定形碳向有序化转变，提高碳包覆层的石墨化程度，提高材料的导电性。
可选地，所述步骤(4)中，所述酸处理过程包括将所述硅碳复合材料粗品分散至酸性溶液中，然后进行搅拌和过滤处理；其中，所述酸性溶液包括硝酸、硫酸、盐酸、磷酸和乙酸中的一种或多种。
本发明中，所述步骤(4)中，所述酸性溶液可以与所述硅碳复合材料粗品上的金属单质反应，使其溶解在酸性溶液中，以去除所述硅碳复合材料粗品上的金属单质。然后将经酸处理后的硅碳复合材料粗品进行去离子水清洗，直至滤液的pH值呈中性后，停止清洗，然后烘干后收集得到硅碳复合材料。
可选地，所述硅碳复合材料的粒径为14-18μm。
可选地，所述硅碳复合材料的振实密度0.8-1.0g/cm3。
本发明中，所述硅碳复合材料包括SiOx材料和均匀包覆在所述SiOx材料表面的碳包覆层，所述碳包覆层的石墨化程度高，具有很好的导电性。
可选地，所述硅碳复合材料的碳含量为5％-6％。
可选地，所述硅碳复合材料的SiOx材料中，单质硅的质量百分含量为6-12％，氧化亚硅的质量百分含量为69-75％；其余为二氧化硅。
本发明所述硅碳复合材料的SiOx材料中，所述含量分布的单质硅、氧化亚硅和二氧化硅，可以很大程度地减少硅材料的体积膨胀。在作为锂离子电池负极材料时，本发明所述硅碳复合材料中所述含量下的二氧化硅嵌锂生成不可逆锂盐，为硅嵌锂提供缓冲空间，减小材料膨胀效应，提高材料性能。
本发明所述硅碳复合材料的碳含量低，但所述SiOx材料之间与所述SiOx材料表面都均匀分布有碳包覆层，且该碳包覆层的石墨化程度高，具有高导电性，高比容量等出色的电化学性能。
第二方面，本发明还提供了一种硅碳复合材料，该硅碳复合材料由本发明第一方面所述的制备方法制备得到。
可选地，所述硅碳复合材料的粒径为14-18μm。
可选地，所述硅碳复合材料的振实密度0.8-1.0g/cm3。
可选地，所述硅碳复合材料的碳含量为5％-6％。
可选地，所述硅碳复合材料的SiOx材料中，单质硅的质量百分含量为6-12％，氧化亚硅的质量百分含量为69-75％；其余为二氧化硅。
本发明第二方面所述的硅碳复合材料可以用于制备电池的负极材料。
第三方面，本发明还提供了一种锂离子电池，包括第二方面所述的硅碳复合材料。
本发明第二方面提供的锂离子电池，采用所述硅碳复合材料制备的负极材料，可以大大提升锂离子迁移速率，具有很高倍率性能，表现出良好的循环稳定性能；并且可以避免出现硅材料的体积膨胀缺陷。
本发明有益效果包括以下几个方面：
(1)本发明提供的硅碳复合材料的制备方法，使用纳米化的方法，降低氧化亚硅原料粒径以达到减小硅材料膨胀效应及缩短锂离子迁移路径的目的；同时采用造粒工艺，对材料进行二次造粒，控制材料形貌，提高碳复合材料的振实密度；所述制备方法工艺精简，可以用于大规模工业化生产。
(2)本发明提供硅碳复合材料的制备方法，采用金属催化剂催化的方法，使得低温烧结形成的无定形碳向有序化转变，提高碳包覆层的石墨化程度，提高材料的导电性；所述制备方法有效的降低碳石墨化所需的高温环境，一方面可降低能源的消耗，一方面避免氧化亚硅在高温下向二氧化硅转变。
(3)本发明提供的制备方法制备得到的硅碳复合材料，在SiOx材料的表面形成致密且更加有序化的碳包覆层；相比于传统的无序排布的无定型碳层的硅碳复合材料，本发明所述硅碳复合材料具有更高的石墨化程度，振实密度可达0.8-1.0g/cm3，所述硅碳复合材料的导电性良好，具有较好的循环稳定性能。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的硅碳复合材料的制备工艺流程图；
图2为本发明一实施例提供的制备方法中氧化亚硅纳米颗粒的SEM图；
图3为本发明一实施例提供的硅碳复合材料的SEM图；
图4为本发明一实施例提供的硅碳复合材料XRD图谱；
图5为本发明一实施例提供的制备方法中添加与未添加金属催化剂过程制备的硅碳复合材料的拉曼数据对比图；
图6为本发明一实施例提供含硅碳复合材料的扣式电池循环测试图。
具体实施方式
以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
参见图1，本发明一实施方式中，提供了一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S01、将氧化亚硅原料分散至含分散剂、金属催化剂和溶剂的混合溶液中，置于砂磨机中进行纳米化处理，然后经烘干、破碎处理后，得到氧化亚硅纳米颗粒；
S02、将所述氧化亚硅纳米颗粒与沥青按质量比20:(1-4)混合，于惰性气体环境下，在反应釜中经加热搅拌后，形成前驱体；所述加热搅拌过程的温度曲线为：将温度升至250℃-350℃，保温1-3h，然后升温至550℃-650℃，保温2-6h；
S03、将所述前驱体置于管式炉中，于惰性气体环境下，经高温烧结后，得到硅碳复合材料粗品；
S04、对所述硅碳复合材料粗品进行酸处理，然后水洗至溶液呈中性，经烘干后收集得到硅碳复合材料。
下面分多个实施例对本发明实施例进行进一步的说明。
实施例1
一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将购买的500g粒径为1μm的氧化亚硅原料分散在溶解10g聚乙烯吡咯烷酮、3.26g六水合硝酸镍的乙醇溶液中，分散机转速1000rpm，分散均匀后通入砂磨机中研磨至粒径D90为300nm，砂磨机转速3000rpm。将砂磨后所得浆料烘干粉碎，得到一次粒径为300nm的氧化亚硅纳米颗粒。
(2)将收集的氧化亚硅纳米颗粒与沥青按照质量比95:5的比例加入反应釜中，设定升温程序250℃保温3h，550℃保温3h，反应釜搅拌转速60rpm混捏得到前驱体。
(3)将所得前驱体在惰性气体气氛下的管式炉里烧结歧化，10℃/min升温至800℃，保温10h。自然冷却至室温，筛分得到平均粒径为15μm的硅碳复合材料粗品。
(4)将收集所得的硅碳复合材料分散在浓度为10％的1000mL稀硝酸溶液中，搅拌2h，用去离子水洗涤过滤至中性，烘干得到成品。
实施例2
一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将购买的500g粒径为20μm的氧化亚硅分散在溶解10g聚乙烯吡咯烷酮、15.48g六水合硝酸镍的去离子水溶液中，分散机转速1000rpm,分散均匀后通入砂磨机中研磨至粒径D90为300nm，砂磨机转速3000rpm。将砂磨后所得浆料烘干粉碎，得到一次粒径为300nm的氧化亚硅纳米颗粒。
(2)将收集的氧化亚硅纳米颗粒与沥青按照质量比80:20的比例加入反应釜中，设定升温程序350℃保温3h，650℃保温3h，反应釜搅拌转速120rpm混捏得到前驱体。
(3)将所得前驱体在惰性气体气氛下的管式炉里烧结歧化，10℃/min升温至1200℃，保温4h。自然冷却至室温，筛分得到平均粒径为15μm的硅碳复合材料粗品。
(4)将收集所得的硅碳复合材料粗品分散在浓度为30％的1000mL稀硝酸溶液中，搅拌2h，用去离子水洗涤过滤至中性，烘干得到成品。
实施例3
一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将购买的500g粒径为5μm的氧化亚硅原料分散在溶解10g聚乙烯吡咯烷酮、6.88g六水合硝酸镍的碳酸二甲酯溶液中，分散机转速1000rpm,分散均匀后通入砂磨机中研磨至粒径D90为300nm，砂磨机转速3000rpm。将砂磨后所得浆料烘干粉碎，得到一次粒径为300nm的氧化亚硅纳米颗粒。
(2)将收集的氧化亚硅纳米颗粒与沥青按照质量比90:10的比例加入反应釜中，设定升温程序300℃保温3h，600℃保温3h，反应釜搅拌转速80rpm混捏得到前驱体。
(3)将所得前驱体在惰性气体气氛下的管式炉里烧结歧化，10℃/min升温至1000℃，保温4h。自然冷却至室温，筛分得到平均粒径为15μm的硅碳复合材料。
(4)将收集所得的硅碳复合材料分散在浓度为20％的1000mL稀硝酸溶液中，搅拌2h，用去离子水洗涤过滤至中性，烘干得到成品。
对比例1
一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将购买的500g粒径为5μm的氧化亚硅原料分散在溶解10g聚乙烯吡咯烷酮的碳酸二甲酯溶液中，分散机转速1000rpm，分散均匀后通入砂磨机中研磨至粒径D90为300nm，砂磨机转速3000rpm。将砂磨后所得浆料烘干粉碎，得到一次粒径为300nm的氧化亚硅纳米颗粒。
(2)将收集的氧化亚硅纳米颗粒与沥青按照90:10的质量比例加入反应釜中，设定升温程序300℃保温3h，600℃保温3h，反应釜搅拌转速80rpm混捏得到前驱体。
(3)将所得前驱体在惰性气体气氛下的管式炉里烧结歧化，10℃/min升温至1000℃，保温4h。自然冷却至室温，筛分得到平均粒径为15μm的硅碳复合材料粗品；
(4)将收集所得的硅碳复合材料粗品分散在浓度为30％的1000mL稀硝酸溶液中，搅拌2h，用去离子水洗涤过滤至中性，烘干得到成品。
对比例2
一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将购买的500g粒径为5μm的氧化亚硅原料分散在溶解10g聚乙烯吡咯烷酮的碳酸二甲酯溶液中，分散机转速1000rpm，分散均匀后通入砂磨机中研磨至粒径D90为300nm，砂磨机转速3000rpm。将砂磨后所得浆料烘干粉碎，得到一次粒径为300nm的氧化亚硅纳米颗粒。
(2)将收集的氧化亚硅纳米颗粒与沥青按照90:10的质量比例加入反应釜中，设定升温程序300℃保温3h，600℃保温3h，反应釜搅拌转速80rpm混捏得到前驱体。
(3)将所得前驱体在惰性气体气氛下的管式炉里烧结歧化，10℃/min升温至1000℃，保温4h。自然冷却至室温，筛分得到平均粒径为15μm的硅碳复合材料。
对比例3
一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)直接购买500g粒径为300nm的氧化亚硅颗粒，将该氧化亚硅颗粒与沥青按照90:10的比例加入反应釜中，设定升温程序300℃保温3h，600℃保温3h，反应釜搅拌转速80rpm混捏得到前驱体。
(2)将所得前驱体在惰性气体气氛下的管式炉里烧结歧化，10℃/min升温至1000℃，保温4h。自然冷却至室温，筛分得到平均粒径为15μm的硅碳复合材料粗品。
(3)将收集所得的硅碳复合材料粗品分散在浓度为30％的1000mL稀硝酸溶液中，搅拌2h，用去离子水洗涤过滤至中性，烘干得到成品。
效果实施例
(1)材料表征
将实施例1制得的氧化亚硅纳米颗粒和硅碳复合材料分别进行扫描电镜(SEM)表征，结果参见图2和图3，结果显示，本发明实施例1制得的氧化亚硅纳米颗粒的粒径范围D90＝300nm，且粒径分布均匀。制备得到的硅碳复合材料的的粒径范围D50＝16±2μm。
进一步对实施例1测试硅碳复合材料的X射线衍射仪(XRD)图谱，参见图4。结果显示：无定型的氧化亚硅经歧化后生成单质硅及二氧化硅，通过此方法制备出纳米单质硅，同时二氧化硅与锂离子反应，生成不可逆锂盐，为单质硅嵌锂膨胀提供缓冲空间及抑制硅膨胀，提高材料循环性能。
(2)硅碳复合材料的石墨化程度检测
分别对实施例1和对比例1制得的硅碳复合材料样品进行拉曼光谱检测，参见图5，其中，对比例1中为添加有金属催化剂，而实施例1中添加有金属催化剂。通过对比发现，未添加金属催化剂组的样品，无明显D峰、G峰，而本发明添加金属催化剂的样品，ID/IG≈1.1，可以说明添加金属催化剂后，所述硅碳复合材料样品的碳包覆层石墨化程度提高。
(3)电性能测试
分别用实施例1-3制得的硅碳复合材料成品和对比例1-3制得的硅碳复合材料成品，制备扣式电池。
其中，负极片制备过程包括：通过行星式球磨机搅浆制备负极浆料，涂覆在锂电池涂布机上制得电极片，浆料溶剂为去离子水、导电剂为Super P，粘结剂为丙烯腈多元共聚物，活性物质、导电剂、粘结剂的比例为94.5:2:3.5，其中活性物质人造石墨与硅碳复合材料的比例为85:15。
扣式电池的制备过程包括：采用锂片作为对电极，在手套箱中按照正极壳、电极片、隔膜、锂片、不锈钢垫片、不锈钢弹片和负极壳的顺序组装CR2032扣式电池。电解液采用1.2mol/L的LiPF6作为电解质，溶剂DMC/EC/EMC＝8:1:1，添加剂FEC:10％，VC:1％。电池测试参数为：采用新威尔测试系统测试电池充放电曲线，0.05C倍率充放电，截止电压为0.01V-1.5V。
对上述实施例1-3及对比例1-3制得的硅碳复合材料进行振实密度测量，以及对采用上述实施例1-3及对比例1-3制得的硅碳复合材料制得的电池进行电学性能测试。例如，实施1制得的硅碳复合材料制得的电池进行电学性能测试数据可参见图6。具体地，各组结果如下表1所示。
表1实施例1-3及对比例1-3制得的硅碳复合材料的振实密度及电学性能测试数据表
从表1中可以看出，采用本发明提供的制备方法制得的硅碳复合材料，其振实密度较高，此外，由本发明提供的硅碳复合材料制成的锂离子电池的首次放电比容量较大，电池循环性能较好，整体性能相较于对比例1-3制备的硅碳复合材料表现得更加出色。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将氧化亚硅原料分散至含分散剂、金属催化剂和溶剂的混合溶液中，置于砂磨机中进行纳米化处理，然后经烘干、破碎处理后，得到氧化亚硅纳米颗粒；
(2)将所述氧化亚硅纳米颗粒与沥青按质量比20:(1-4)混合，于惰性气体环境下，在反应釜中经加热搅拌后，形成前驱体；所述加热搅拌过程的温度曲线为：将温度升至250℃-350℃，保温1-3h，然后升温至550℃-650℃，保温2-6h；
(3)将所述前驱体置于管式炉中，于惰性气体环境下，经高温烧结后，得到硅碳复合材料粗品；
(4)对所述硅碳复合材料粗品进行酸处理，然后水洗至中性，经烘干后收集得到硅碳复合材料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属催化剂为硝酸镍、硝酸钴、硝酸铁、碳酸镍、硫酸镍和硫酸钴中的至少一种。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述金属催化剂的金属元素质量占所述沥青质量的1.5％-5％。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化亚硅纳米颗粒的粒径为280-320nm；所述氧化亚硅纳米颗粒的表面碳含量为0.2％-0.5％。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、吐温-80、十二烷基磺酸钠，十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的一种或多种；所述溶剂包括去离子水、乙醇、乙二醇、异丙醇、异丁醇、N-甲基吡咯烷酮、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述酸处理过程包括将所述硅碳复合材料粗品分散至酸性溶液中，然后进行搅拌和过滤处理；其中，所述酸性溶液包括硝酸、硫酸、盐酸、磷酸和乙酸中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅碳复合材料的粒径为14-18μm；所述硅碳复合材料的振实密度0.8-1.0g/cm3。
8.如权利要求7所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述硅碳复合材料的碳含量为5％-6％。
9.一种由权利要求1-8任意一项的所述制备方法制得的硅碳复合材料。
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括如权利要求9所述的硅碳复合材料。
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