CN117577818B - 一种硅碳复合气凝胶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气凝胶及其制备方法和应用，涉及负极材料技术领域。具体而言：所述硅碳复合气凝胶包括碳纤维聚合物气凝胶，以及分散于所述碳纤维聚合物气凝胶中的硅颗粒；其中，所述硅颗粒是通过化学气相沉积法沉积至所述碳纤维聚合物气凝胶的孔隙内。本发明通过化学气相沉积的方法将硅颗粒沉积在碳纤维聚合物气凝胶的孔隙中，用于解决硅碳复合材料所存在的硅膨胀收缩时界面接触不良、碳的孔穴结构限制硅复合比例等技术缺陷，广泛适用于各类电池，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及负极材料技术领域，具体而言，涉及一种硅碳复合气凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
随着用户对于电动汽车续航里程需求的日益增长，缓解里程焦虑，高比能量的动力电池技术逐渐成为市场发展的主流趋势。硅基负极材料理论比容量高达4200mAh/g，且具有良好的化学稳定性和电化学性能，对于提高电池容量，延长车辆续航里程具有很高的应用价值。然而硅负极在循环过程中体积膨胀较大，易造成不可逆的容量损失。碳材料因其体积变化率小、循环性能良好，与硅复合制备的硅碳复合材料，可以一定程度上缓解硅颗粒的体积膨胀。而硅碳复合气凝胶材料作为一种新型高分子材料，具有优异的导电率、比表面积、隔热性能、高强度、高韧性和轻质等优势，与低导电率的聚合物气凝胶相比，在超级电容器、电池和传感器方面具有巨大的应用潜力。
我国专利CN202011498724.5公开了一种基于导电碳气凝胶复合纳米硅负极材料的制备方法；（1）将预处理后的废弃生物质与纤维添加剂共同溶于碱性物质的水溶液中,经搅拌后得到网状固态凝胶；（2）将网状固态凝胶进行干燥处理,再经筛分后得到碳气凝胶前体；（3）以气态的硅源和碳气凝胶前体为原料,经化学气相沉积工艺后制备得到碳气凝胶和纳米硅的复合物；（4）将碳气凝胶和纳米硅的复合物与碳源共混，经加热炭化后得到基于导电碳气凝胶复合纳米硅负极材料；该发明以废弃生物质为原料，成本低廉，制备得到的负极材料强度高,导电性好，组装得到的电池具有较高的首效。
我国专利CN202010650619.2公开了一种固态锂电池二氧化硅气凝胶框架电解质及制备方法；本发明依次通过二氧化硅气凝胶和锂盐制备载锂二氧化硅气凝胶，然后聚硅氧烷和环氧乙烷在真空气氛，六氰基钴酸铁的催化下制备一种改性聚合物溶胶并将载锂二氧化硅气凝胶包裹，制备一种二氧化硅气凝胶框架聚合物电解质材料；这种二氧化硅气凝胶框架聚合物电解质增加了电解质内部的锂离子通道，并且机械强度较高；此外改性聚合物溶胶增加了-O-极性键，提高了锂离子在聚合物中的迁移效率，从而提高电解质体系的离子电导率。
我国专利CN202110404630.5公开了一种用于锂离子电池的海藻酸钠基双网络炭气凝胶负极材料制备方法；该方法先采用溶胶-凝胶法将一定量的海藻酸钠粉和琼脂粉制备成前驱体水凝胶；再将Mn(NO3)2溶液、ZnCl2颗粒按一定比例配置成混合溶液，将前驱体水凝胶浸没于此混合溶液中6~9小时得到双网络水凝胶；随后将制得的水凝胶用去离子水多次洗涤后进行冷冻干燥，得到蓬松的双网络气凝胶；最后在惰性气体保护下经高温炭化得到海藻酸钠基双网络炭气凝胶负极材料；该发明操作方法简便易行，所用原料成本较低、来源广泛，所制备的材料用于锂离子电池负极时机械性能、导电性和充放电过程中的稳定性较好，同时能够保持孔结构，具有较优异的电化学性能。
除了上述现有技术外，还存在大量硅碳复合电极材料；当前的硅碳复合材料分为包覆型、嵌入型、分子接触型等多种方式。但是，普遍存在有硅膨胀收缩时界面接触不良、石墨本身的孔穴结构限制硅复合比等技术缺陷仍待解决。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种硅碳复合气凝胶，所述的硅碳复合气凝胶通过化学气相沉积的方法将硅颗粒沉积在碳纤维聚合物气凝胶的孔隙中，用于解决硅碳复合材料所存在的硅膨胀收缩时界面接触不良、碳的孔穴结构限制硅复合比例等技术缺陷。
本发明的第二目的在于提供一种所述的硅碳复合气凝胶的制备方法，该方法简单易行、成本低廉、适合批量化生产。
本发明的第三目的在于提供一种电池负极，通过将所述硅碳复合气凝胶与集流体进行复合制得；具有广泛的适配性，可与任何正极、隔膜或电解液进行搭配。
本发明的第四目的在于提供一种电池，其负极为硅碳复合材料且能够克服硅体积变化而导致的电性能波动，且具有硅负载量高的同时导电性强、负极比容量高等优势。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种硅碳复合气凝胶，包括碳纤维聚合物气凝胶，以及分散于所述碳纤维聚合物气凝胶中的硅颗粒；
其中，所述硅颗粒是通过化学气相沉积法沉积至所述碳纤维聚合物气凝胶的孔隙内。
所述的硅碳复合气凝胶的制备方法，包括如下的步骤：
将碳纤维聚合物气凝胶置于化学气相沉积炉中，设置保护气体氛围，而后升温至300℃~400℃，通入硅源气体并恒温沉积，待沉积后得到硅碳复合气凝胶。
一种电池负极，包括所述的硅碳复合气凝胶。
一种电池，包括所述的电池负极。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明通过化学气相沉积技术将硅颗粒均匀分布在气凝胶网络结构中，结合制备工艺中的冻干制得的碳纤维聚合物气凝胶，可增大复合材料的比表面积，提高硅嵌入率；其中聚合物分子链提供的弹性可以有效缓解硅体系膨胀造成的结构破坏，提高电池的循环性能；碳网络形成良好的电子传输通道，提高材料导电性。
（2）本发明制备的碳纤维聚合物气凝胶网络为基体，可以用于电池负极材料；通过选取气凝胶原料中特定种类的碳纤维、导电聚合物和黏接剂，能够维持整个凝胶体系的作用力均为物理吸附，且填料硅与聚合物均在水中具有良好分散性，冻干后聚合物分子链彼此交联缠结，使得本发明仅以水做溶剂便可制备牢固的凝胶网络。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明的第一目的在于提供一种硅碳复合气凝胶。
所述硅碳复合气凝胶包括碳纤维聚合物气凝胶，以及分散于所述碳纤维聚合物气凝胶中的硅颗粒；其中，所述硅颗粒是通过化学气相沉积法沉积至所述碳纤维聚合物气凝胶的孔隙内。
本发明制备了一种碳纤维-聚合物复合型气凝胶，并将纳米级硅颗粒沉积在气凝胶的网络孔隙中，得到的气凝胶可以用于负极材料。碳纤维具有较高的导电性且与硅纳米颗粒具有良好的界面相互作用，形成气凝胶后的孔隙可以储存大量的硅，缓解硅脱嵌锂时引发的体积膨胀、收缩；聚合物交联后形成的聚合物网络，具有良好的机械性能及弹性恢复能力，通过氢键、范德华力等与碳网络产生较强的相互作用，可有效缓解因硅颗粒膨胀导致的气凝胶网络结构坍塌，减少电池因负极结构破坏造成的不可逆容量损失。
作为一种优选的实施方式，所述碳纤维聚合物气凝胶是包括碳纤维、导电聚合物和黏接剂制备得到。
其中，碳纤维由石墨化碳纤维构成，提供负极材料良好的导电性及纳米硅嵌入位点；由粘结型高分子及导电型高分子交联而成聚合物网络，与极片具有良好的粘结作用，同时与碳纤维网络通过氢键、范德华力作用协同支撑，提高负极材料的结构稳定性；在网络中沉积的纳米硅颗粒能够提高电池比容量。
作为一种优选的实施方式，所述硅颗粒的负载量为30wt%~35 wt%；可以理解的是，所述负载量等同于所述硅颗粒与所述硅碳复合气凝胶的质量之比。
作为一种优选的实施方式，所述碳纤维聚合物气凝胶包括按重量份数计的如下组分制备得到：碳纤维 30~50份、导电聚合物 4~15份、黏接剂 1~10份以及水若干。
作为一种可选的实施方式，所述碳纤维聚合物气凝胶中各原料组分的重量份数包括但不限于：碳纤维 30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50份；导电聚合物 4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15份；黏接剂 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10份；所述重量份数可以采用上述任意一个点值，也可以采用任意两个点值所构成的数值区间。
作为一种更优选的实施方式，所述碳纤维包括聚丙烯腈石墨化碳纤维。
作为一种更优选的实施方式，所述碳纤维的含碳量为95%~99%，包括但不限于95%、95.5%、96%、96.5%、97%、97.5%、98%、98.5%、99%中的任意一种或是任意两种构成的数值区间。
作为一种更优选的实施方式，所述导电聚合物包括聚苯胺。
作为一种可选的实施方式，所述聚苯胺的分子量为4000~6000，包括但不限于4000、4200、4400、4500、4600、4800、5000、5200、5400、5500、5600、5800、6000中的任意一种或是任意两种构成的数值区间。
作为一种更优选的实施方式，所述黏接剂包括聚丙烯酸。
作为一种可选的实施方式，所述聚丙烯酸的分子量为1500~2500，包括但不限于1500、1600、1700、1800、1900、2000、2100、2200、2300、2400、2500中的任意一种或是任意两种构成的数值区间。
在上述优选的实施方式中，聚苯胺作为导电型高分子，能提供基体材料良好的导电性，并增强与硅颗粒间的界面相互作用。同时因聚苯胺表面还有大量的亚氨基，能够与聚乙烯醇上的羧基通过氢键交联，形成三维网络结构。聚乙烯醇作为常用的负极水性黏结剂，可保证聚合物框架固定在集流体上。石墨化碳纤维（非石墨）表面含有较多的含氧官能团（羧基、羰基和羟基等），可以通过氢键及范德华力吸附在聚合物网络表面形成碳层网络。
本发明的第二目的在于提供第一目的中所述的硅碳复合气凝胶的制备方法。
所述的硅碳复合气凝胶的制备方法，包括如下的步骤：将碳纤维聚合物气凝胶置于化学气相沉积炉中，设置保护气体氛围，而后升温至300℃~400℃，通入硅源气体并恒温沉积，待沉积后得到硅碳复合气凝胶。
作为一种可选的实施方式，所述保护气体氛围所采用的气体包括但不限于氦气、氖气、氩气、氮气等。
作为一种可选的实施方式，所述恒温沉积的温度包括但不限于300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400（℃）中的任意一种或是任意两种构成的数值区间。
作为一种优选的实施方式，所述硅源气体包括但不限于硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷和四氯化硅等。
作为一种优选的实施方式，以3℃/min~8℃/min的程序升温至300℃~400℃。
作为一种优选的实施方式，所述恒温沉积的时间为4h~6h。
作为一种优选的实施方式，对于化学气相沉积炉中的气体环境：先抽真空至-80kPa~-120kPa，而后通入以40L/min~80L/min的速率充入保护气体。
作为一种优选的实施方式，进行升温后，以40L/min~80L/min的速率通入硅源气体。
作为一种优选的实施方式，所述碳纤维聚合物气凝胶的制备方法包括如下步骤：
（1）将碳纤维进行研磨处理，而后与水搅拌混合，得到碳纤维水凝胶；
（2）将导电聚合物和黏接剂添加至所述碳纤维水凝胶中，而后升温至55℃~70℃进行保温处理，得到碳纤维聚合物凝胶前驱体；
（3）将所述碳纤维聚合物凝胶前驱体进行预冷，而后在-55℃~-45℃且真空条件下冷冻干燥，得到碳纤维聚合物气凝胶。
作为一种更优选的实施方式，在步骤（1）中，进行所述研磨处理后，所述碳纤维的长度为500nm~3μm，包括但不限于500、600、800、1000、1500、2000、2500、3000（nm）中的任意一种或是任意两种构成的数值区间。
作为一种更优选的实施方式，在步骤（1）中，所述碳纤维和所述水的质量比为1/5~1/3。
作为一种更优选的实施方式，在步骤（1）中，所述搅拌混合的频率为400rpm~600rpm，所述搅拌混合的时间为30min~50min。
作为一种更优选的实施方式，在步骤（2）中，所述保温处理的时间为45min~90min。
作为一种更优选的实施方式，在步骤（2）中，添加所述导电聚合物和所述黏接剂后、进行所述保温处理前，进行搅拌分散，频率为400rpm~600rpm，时间为50min~80min。
作为一种更优选的实施方式，在步骤（3）中，所述预冷的温度为2℃~4℃，所述预冷的时间视前驱体的单次取样量而定。
作为一种更优选的实施方式，在步骤（3）中，所述冷冻干燥的时间为40h~54h。
在碳纤维聚合物气凝胶的制备过程中，采用预冷冻的方式控制冰晶生长，制备孔隙均匀的气凝胶网络；放置于冷冻干燥机的冷阱中，调节温度进行预冷冻，预冷冻时间视前驱体的单次取样量而定；待前驱体温度整体降至冷阱温度时，调节冷阱温度并开启冻干机抽真空，冷冻干燥并得到碳纤维聚合物气凝胶。
通过上述工艺制备碳纤维聚合物气凝胶，预冷冻后凝胶前驱体温度趋近过冷点，进入超低温环境时整体瞬间结晶，形成细小冰晶，水分在抽真空过程中升华，形成孔隙率高、孔隙分布细小均匀、力学性能优异的气凝胶。
作为一种更优选的实施方式，当所述碳纤维聚合物气凝胶用于电池负极时，在进行步骤（3）前还包括：将所述碳纤维聚合物凝胶前驱体涂布至集流体箔片上。
作为进一步优选的实施方式，所述涂布量为0.05g/1000mm2~0.2g/1000mm2。
从完整的制备工艺流程上看，首先通过冷冻干燥法制备碳纤维/聚合物气凝胶，优选以水做溶剂，通过控制冻干工艺实现冷冻冰晶细小均匀，得到的气凝胶结构多孔疏松；而后在气凝胶网络中充入硅源气体，经化学气相沉积（CVD）后将纳米硅颗粒均匀分散在孔隙中；再将碳纤维/聚合物复合前驱体预先涂覆在铜箔上，由填充的粘结型高分子提供粘附力，直接对涂布后极片进行冻干处理，可维持气凝胶结构的完整性，进而实现在硅膨胀收缩时界面接触良好、碳的孔穴结构不限制硅复合比例等目的。
本发明的第三目的在于提供一种电池负极。
依据本发明第二目的中所述，可以将所述的硅碳复合气凝胶在制备过程中负载于集流体箔片，并直接制得以硅碳复合气凝胶为负极活性成分的电池负极。
同时，也可以将所述的硅碳复合气凝胶与其他的负极活性材料进行掺杂或是负载至其他极片载体上，进而复合得到其他的电池负极；因此，所述的电池负极包括有所述的硅碳复合气凝胶即可，本发明中不对负极中的其他活性成分或负载载体做出限制。
本发明的第四目的在于提供一种电池。
所述电池可以为锂离子电池、钠离子电池等，也可以为一次电池、二次电池等，也可以为扣式电池、软包电池、方形电池等，本发明中不对电池的种类做出限制。
所述电池中应当包括正极极片、隔离膜、负极极片，按本领域常规或非常规的组装工艺按顺序叠好，并使隔离膜处于正负极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到电极组件；将电极组件置于外包装箔中，将上述电解液注入到干燥后的外包装箔中，然后经过真空封装、静置、化成、整形等工序，获得电池单体。同理地，本发明也不对电池的正极、隔膜和电解液的选择做出任何限制，其中负极采用如第三目的中所述的电池负极即可。
实施例1
（一）碳纤维聚合物凝胶前驱体制备：
1）取含碳量97%的聚丙烯腈石墨化碳纤维40g，采用干法行星式球磨40min，得到碳纤维长度方向尺寸分布在500nm~3µm；
2）将步骤1）中得到的碳纤维粉末分散于150g去离子水中，以500r/min机械搅拌40min至凝胶态，得到190g碳纤维水凝胶；
3）取水溶性聚苯胺（分子量5000）7g和聚丙烯酸（分子量2000）3g，与步骤2）制备的碳纤维水凝胶混合，以500r/min机械搅拌1h，得到碳纤维聚合物复合物；
4）将步骤3）中制备的碳纤维聚合物复合物置于60℃加热箱内静置1h，得到碳纤维聚合物凝胶前驱体；
（二）碳纤维聚合物气凝胶制备：
5）将步骤4）中制备的碳纤维/聚合物凝胶前驱体涂覆在铜箔上，涂布重量0.095g/1000mm2；
6）将步骤5）中得到的涂布后极片放置于冷冻干燥机冷阱中，设置冷阱温度2℃，进行2h预冷冻；
7）设置冷静温度-50℃，并开启真空泵，维持真空度-100kPa抽真空，在该环境下冷冻干燥48h，得到碳纤维聚合物气凝胶；
（三）硅碳复合气凝胶负极制备：
8）将步骤7）中制备的极片置于化学气相沉积炉中，抽真空至-100kPa，常温下以60L/min速率充入氩气保护，以5℃/min升温至350℃，在上述环境下以60L/min速率充入硅源气体，恒温保持5h后关闭硅源气体，待自然降温至常温后取出，得到硅负载量为30wt%的硅碳复合气凝胶负极；
（四）扣式半电池制备：
9）将步骤8）中制备的硅碳复合气凝胶负极为电极，采用锂片作对电极，泡沫镍作缓冲垫片；电解液成分：溶剂（EC 20份、PC 5份、DEC 10份、EMC 65份）、锂盐（LiPF61.1mol/L）、添加剂（LIFSI 2%、PS 0.5%、DTD 1%、LiPO2F2 1%、LiDFOB 0.5%、PST 0.3%、TMSP 0.5%、GN15 0.2%、VC 0.3%）。
实施例2
与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤1）中碳含量为96%。
实施例3
与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤1）中碳含量为99%。
实施例4
与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤4）中碳纤维聚合物复合物置于70℃加热箱内静置45min。
实施例5
与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤6）中设置冷阱温度5℃，进行2h预冷冻。
对比例1
与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤3）中不添加聚丙烯酸，水溶性聚苯胺和碳纤维水凝胶的添加量之比为5：95。
对比例2
与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤3）中不添加聚苯胺，聚丙烯酸和碳纤维水凝胶的添加量之比为5：95。
对比例3
与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤3）中不添加聚苯胺和聚丙烯酸，额外添加10g碳纤维水凝胶补足质量。
对比例4
与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤3）中，水溶性聚苯胺、聚丙烯酸、碳纤维水凝胶的质量比为3.5：1.5：95；同时，省略步骤4）。
对比例5
与实施例1基本相同，区别仅在于：省略步骤6）。
对比例6
与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤6）中，预冷冻的冷阱温度10℃。
对比例7
与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤8）中，升温至500℃。
对比例8
与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤8）中，以40L/min速率充入硅源气体，恒温保持7h后关闭硅源气体。
试验例
将上述各实施例与对比例所制得的负极材料进行物理性能和电性能的测试。其中，进行首次充放电测试；条件为0.1C充放，电压0.005V～1.5V。测试结果如表1所示。
表1
| 组别 | 材料比表面积（平方米/kg） | 首次充电克容量（mAh/g） | 首次库伦效率 |
| 实施例1 | 504 | 1564 | 87.6% |
| 实施例2 | 498 | 1537 | 87.9% |
| 实施例3 | 510 | 1503 | 85.4% |
| 实施例4 | 495 | 1532 | 87.3% |
| 实施例5 | 478 | 1479 | 84.4% |
| 对比例1 | 496 | 1395 | 78.6% |
| 对比例2 | 493 | 1321 | 75.7% |
| 对比例3 | 466 | 1287 | 72.7% |
| 对比例4 | 489 | 1356 | 77.6% |
| 对比例5 | 427 | 1377 | 78.5% |
| 对比例6 | 434 | 1386 | 78.6% |
| 对比例7 | 457 | 1347 | 77.4% |
| 对比例8 | 492 | 1499 | 85.5% |
| 组别 | 倍率性能2C/0.2C | 电导率（S/cm） | 弹性模量（MPa） |
| 实施例1 | 88.5% | 27.5 | 3.1 |
| 实施例2 | 87.9% | 26.4 | 3.1 |
| 实施例3 | 88.1% | 28.1 | 2.6 |
| 实施例4 | 87.1% | 26.5 | 2.7 |
| 实施例5 | 84.5% | 25.7 | 3.5 |
| 对比例1 | 82.4% | 28.1 | 3.0 |
| 对比例2 | 84.5% | 23.3 | 3.3 |
| 对比例3 | 81.5% | 28.2 | 1.4 |
| 对比例4 | 83.8% | 24.3 | 2.5 |
| 对比例5 | 85.1% | 25.7 | 2.9 |
| 对比例6 | 85.3% | 26.2 | 2.9 |
| 对比例7 | 79.2% | 26.8 | 2.6 |
| 对比例8 | 74.6% | 27.1% | 2.7 |
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。
Claims (8)
1.一种硅碳复合气凝胶，其特征在于，所述硅碳复合气凝胶包括碳纤维聚合物气凝胶，以及分散于所述碳纤维聚合物气凝胶中的硅颗粒；
其中，所述硅颗粒是通过化学气相沉积法沉积至所述碳纤维聚合物气凝胶的孔隙内；
所述碳纤维聚合物气凝胶是包括碳纤维、导电聚合物和黏接剂制备得到；
所述碳纤维聚合物气凝胶包括按重量份数计的如下组分制备得到：所述碳纤维 30~50份、所述导电聚合物 4~15份、所述黏接剂 1~10份，以及水若干。
2.根据权利要求1所述的硅碳复合气凝胶，其特征在于，所述碳纤维聚合物气凝胶的原料组分包括如下特征（a）~（d）中的至少一种：
（a）所述碳纤维包括聚丙烯腈石墨化碳纤维；
（b）所述碳纤维的含碳量为95%~99%；
（c）所述导电聚合物包括聚苯胺；
（d）所述黏接剂包括聚丙烯酸。
3.如权利要求1或2所述的硅碳复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下的步骤：
将碳纤维聚合物气凝胶置于化学气相沉积炉中，设置保护气体氛围，而后升温至300℃~400℃，通入硅源气体并恒温沉积，待沉积后得到硅碳复合气凝胶。
4.根据权利要求3所述的硅碳复合气凝胶的制备方法，其特征在于，将碳纤维聚合物气凝胶置于化学气相沉积炉后，先抽真空至-80kPa~-120kPa，而后通入保护气体，并以3℃/min~8℃/min的程序升温至300℃~400℃；
而后通入硅源气体并恒温沉积4h~6h，待沉积后得到硅碳复合气凝胶。
5.根据权利要求3所述的硅碳复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述碳纤维聚合物气凝胶的制备方法包括如下步骤：
（1）将碳纤维进行研磨处理，而后与水搅拌混合，得到碳纤维水凝胶；
（2）将导电聚合物和黏接剂添加至所述碳纤维水凝胶中，而后升温至55℃~70℃进行保温处理，得到碳纤维聚合物凝胶前驱体；
（3）将所述碳纤维聚合物凝胶前驱体进行预冷，而后在-55℃~-45℃且真空条件下冷冻干燥，得到碳纤维聚合物气凝胶。
6.根据权利要求5所述的硅碳复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述碳纤维聚合物气凝胶的制备方法还包括如下特征（A）~（E）中的至少一种：
（A）进行所述研磨处理后，所述碳纤维的长度为500nm~3μm；
（B）所述碳纤维和所述水的质量比为1/5~1/3；
（C）所述保温处理的时间为45min~90min；
（D）所述预冷的温度为2℃~4℃；
（E）所述冷冻干燥的时间为40h~54h。
7.一种电池负极，其特征在于，包括如权利要求1或2所述的硅碳复合气凝胶。
8.一种电池，其特征在于，包括如权利要求7所述的电池负极。
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