本申请涉及锂离子电池领域，具体提供一种负极活性材料及其制备方法。
背景技术：
1、锂离子电池由于质量轻、体积小、能量密度高等优点，已经被广泛地作为动力电池使用，动力电池由于里程焦虑而对能量密度和功率密度提出了苛刻的要求，为此，研究人员期望开发高容量、长循环和高动力学性能的电池材料，以提高动力电池的续航里程。
2、石墨作为目前主流的负极活性材料，由于其使用能量密度已经接近理论能量密度372mah/g，较低的能量密度极大限制了更高能量密度和功率密度的锂离子电池。同时，硅负极虽然具有4200mah/g的理论容量，但是硅负极在充放电过程中出现巨大的体积膨胀，进而导致电池鼓胀、负极脱落失效和电池循环失效。
3、sioc陶瓷由含硅聚合物在惰性气氛中在800至1300℃热解缩聚而成，sioc陶瓷主要是由si-o-c骨架和自由碳(石墨烯碳)组成，si-o-c骨架可以通过用c将sio4四面体中的o取代而获得，所述自由碳(石墨烯碳)由前体中的饱和或不饱和烷基、苯基等热解形成。由此，sioc体系中(x＝1、2、3或4)骨架和自由碳均可作为储锂活性位点，使得sioc陶瓷实际容量可达到1350mah/g。同时，石墨烯网络状的自由碳可以有效缓冲锂离子反复嵌入/脱出过程中的体积变化，与硅碳负极、氧化亚硅相比，sioc负极具有优异的循环稳定性和较低的体积膨胀率。
4、然而，sioc负极本身固有的低导电性和致密结构，这极大地限制了锂离子的嵌入/脱嵌和电子的传输，进而限制了sioc负极动力学性能的提高。此外，富碳sioc负极材料虽然可以提高材料的导电性和导离子性，但是，该富碳sioc负极材料中的碳仅为宏观物理掺混，如炭黑与sioc负极材料混合，而非分子级别、原位掺杂的碳，因此在该材料中的碳分布是随机的，并被si-o-c四面体所分离，掺混的碳与sioc前驱体碳很难形成连续互连的导电网络。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种负极活性材料，该负极活性材料包括由硅氧烷和稠环芳烃形成的共聚物。
2、根据本发明的一个实施方案，所述硅氧烷具有不饱和支链，所述不饱和支链包括选自苯基、烯基、炔基中的至少一种。
3、根据本发明的一个实施方案，所述负极活性材料包括至少一种稠环芳烃共聚单体，所述稠环芳烃共聚单体选自萘、蒽、菲、苝、芘或其衍生物。
4、根据本发明的一个实施方案，所述稠环芳烃选自萘、蒽、菲、苝、芘或其衍生物，优选所述稠环芳烃为经卤元素取代的稠环芳烃，特别优选所述稠环芳烃为经溴元素取代的稠环芳烃。
5、根据本发明的一个实施方案，所述共聚物的化学计量式为且满足如下条件中的至少一项：
6、(1)cx代表硅氧四面体中取代氧原子的碳原子，其中，碳原子摩尔数0<x<2.3，优选0.4<x<1.3；
7、(2)o4-x为硅氧四面体中氧原子，其中，氧原子摩尔数4-x在0.75至2.25范围内，优选在1.1-1.8范围内；
8、(3)为硅氧四面体外的石墨烯碳原子，其中，该石墨烯碳原子摩尔数y在0.8至6.5的范围内，优选在3.9至5.2的范围内。
9、根据本发明的一个实施方案，在所述负极活性材料中，硅元素、碳元素和氧元素的质量比在10：80：10至30：30：40的范围内，优选14：65：20至25：45：30的范围内。
10、根据本发明的一个实施方案，所述硅氧烷包括聚苯基甲基硅氧烷、聚二甲基乙烯基硅氧烷，和/或所述稠环芳烃为10,10'-二溴-联二蒽。
11、在根据本发明的负极活性材料中，由稠环芳烃形成的石墨烯网络与硅氧烷聚合形成sioc陶瓷，从而该sioc陶瓷具有提高的导电性和动力学性能。
12、本发明的目的还在于提供一种用于制备负极活性材料的方法，该方法包括以下步骤：
13、(i)将硅氧烷和经卤元素取代的稠环芳烃混合，以获得混合物；
14、(ii)使来自步骤(i)的混合物在惰性气体气氛、例如氮气气氛中经受干燥，以获得负极活性材料前体；
15、(iii)在惰性气体气氛，例如氮气气氛中，将来自步骤(ii)的负极活性材料前体依次在第一温度下煅烧1至3小时，在第二温度下煅烧1至3小时，并在第三温度下煅烧2至4小时，以获得所述负极活性材料，
16、其中，第一温度在180℃至220℃的范围内，第二温度在350℃至550℃的范围内且第三温度在900℃至1400℃的范围内。
17、根据本发明的一个实施方案，第一温度为200℃，第二温度为400℃，第三温度为1000℃。
18、根据本发明的一个实施方案，在步骤(ii)中进行离心喷雾干燥，尤其在优选在10000rpm至30000，特别优选15000rpm至20000下进行离心喷雾干燥。
19、根据本发明的一个实施方案，所述硅氧烷包括聚苯基甲基硅氧烷、聚二甲基乙烯基硅氧烷，和/或所述经卤元素取代的稠环芳烃为10,10'-二溴-联二蒽。
20、根据本发明的一个实施方案，在步骤(i)中，所述经卤元素取代的稠环芳烃与所述硅氧烷的重量比在0.3至2.0的范围内，优选0.6至1.2的范围内。
21、借助于根据本发明所述的方法，通过石墨烯原位掺杂技术，将具有不饱和支链的硅氧烷(例如聚苯基甲基硅氧烷和聚二甲基乙烯基硅氧烷)与经卤元素取代的稠环芳烃(例如10,10'-二溴-联二蒽)在分子级别均匀混合，并惰性气氛中煅烧，其中，在第一温度下，经卤化的稠环芳烃失去卤离子，例如溴离子，并形成活性点位，同时稠环芳烃间生成新的c-c键，且稠环芳烃与硅氧烷中的苯或乙烯发生亲电加成反应生成新的c-c键，随着煅烧温度升高至第二温度，发生脱氢反应，稠环芳烃间、稠环芳烃与硅氧烷聚合物不饱和支链之间进一步链接形成石墨烯纳米片，在第三温度，硅氧烷聚合物发生缩合反应生成硅氧碳陶瓷。
22、如反应式i所示，稠环芳烃在200℃下能脱去替代官能团，同时生成c-c单键，然后在400℃下发生脱氢反应，链接形成石墨烯纳米片，最后在1000℃下硅氧烷发生缩聚反应，生成石墨烯纳米片分子级别原位掺混的硅氧碳陶瓷。
23、
24、本发明的目的还在于提供一种电化学装置，其包括正极、负极和电解液，所述负极包括负极集流体和设置于所述负极集流体上的负极活性材料层，所述负极活性材料层包括根据本发明所述的负极活性材料。
1.一种负极活性材料，其特征在于，该负极活性材料中包括由硅氧烷和稠环芳烃形成的共聚物。
2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述硅氧烷具有不饱和支链，所述不饱和支链包括选自苯基、烯基、炔基中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述稠环芳烃选自萘、蒽、菲、苝、芘或其衍生物，优选所述稠环芳烃为经卤元素取代的稠环芳烃。
4.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述共聚物的化学计量式为且满足如下条件中的至少一项：
5.根据权利要求3所述的负极活性材料，其特征在于，在所述负极活性材料中，硅元素、碳元素和氧元素的质量比在10：80：10至30：30：40的范围内，优选14：65：20至25：45：30的范围内。
6.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述硅氧烷包括聚苯基甲基硅氧烷、聚二甲基乙烯基硅氧烷，和/或所述稠环芳烃为10,10'-二溴-联二蒽。
7.一种用于制备负极活性材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述硅氧烷包括聚苯基甲基硅氧烷、聚二甲基乙烯基硅氧烷，和/或所述经卤元素取代的稠环芳烃为10,10'-二溴-联二蒽。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤(i)中，所述经卤元素取代的稠环芳烃与所述硅氧烷的重量比在0.3至2.0的范围内，优选0.6至1.2的范围内。
10.一种电化学装置，其包括正极、负极和电解液，所述负极包括负极集流体和设置于所述负极集流体上的负极活性材料层，所述负极活性材料层包括根据权利要求1至6中任一项所述的负极活性材料。
