本发明涉及化学工艺学的，具体涉及一种碳纤维材料、硅碳复合负极及其制备方法和二次电池。
背景技术：
1、硅因其高理论容量和自然界中丰富的储量被认为是最有发展和应用前景的下一代负极材料，是高能量密度锂离子电池的不二之选。但是，由于硅的本身性质，硅材料仍然面临着较多的挑战，其中由于本征的弱导电性以及在充放电循环中的高达300％的体积膨胀限制着硅材料的应用。为了缓解上述的问题，研究人员们广泛地采用电极的三维网络结构的构建来增强电极的导电性以及抑制负极的失效问题。
2、三维网络的构建虽然能在一定程度上缓解硅基负极的导电性以及电极失效的问题，但是在分子层面上的结构设计以及仅仅将导电材料与硅纳米颗粒进行简单的混合并不能保证得到所设计的三维导电结构。并且，现存的方法还存在不可忽略的问题，其中包括：①不能批量生产的导电添加剂通常具有较高的成本，例如碳纳米管和石墨烯；②大多数的结构设计都需要复杂的制备程序，降低了可行性。因此低成本、环境友好并且工序简单的制备方法能够很好地解决负极材料的问题并且具有较好的工业化发展和应用的前景。
3、基于此，本发明提供一种解决思路，采用具有纤维结构的生物质碳源如树叶、木材、棉花以及稻壳等材料进行碳化后及特定处理后获得纤维状的碳材料，这一类材料具有廉价易得、生产方便以及具有良好的物理化学性质的优点。再将所得的碳纤维材料进行杂原子掺杂即可更进一步增强碳材料的导电性能。同时，生物质材料碳化后表面还具有较多的功能性官能团，能够更好地与硅颗粒和粘结剂作用，形成更加牢固稳定的电极极片。
技术实现思路
1、鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种经济且环保的碳纤维材料的制备以及硅碳复合负极材料的制备以形成三维连续导电网络改善锂离子电池负极材料在循环过程中的极化现象并且提升负极极片的循环稳定性。
2、本发明采用的技术方案如下：
3、本发明提供一种用于制备硅碳复合负极的碳纤维材料，所述碳纤维材料的制备方法包括：
4、s100、采用生物质碳源作为原料，通过热处理法，将所述生物质碳源碳化以制备获得碳纤维材料。
5、s200、采用杂原子前驱体，通过化学气相沉积法，对通过s100所制备的碳纤维材料进行杂原子掺杂，制备获得高导电性生物质碳纤维材料。
6、在上述技术方案中，进一步地，所述生物质碳源包括以下至少之一或其组合：树叶、杨絮、高粱、棉花、稻壳、苎麻、大豆。
7、所述杂原子前驱体包括以下至少之一或其组合：三溴化硼、氟化硼、硼酸、硼氢化钠、尿素、叠氮化钠、硝酸铵、次亚磷酸钠、磷酸、磷化氢、硫脲、硫化铵、硫代乙酰胺、硫代硫酸钠、氟化铵、三氟乙酸、氢氟酸。
8、进一步地，s100具体包括：
9、s110、将所述生物质碳源在保护气体中进行一阶段热处理，所述一阶段热处理后冷却获得碳纤维；
10、s120、将s110中制备获得的碳纤维材料进行物理处理，物理处理包括研磨，即制备获得微米化纤维材料；
11、其中，所述一阶段热处理作用为使得生物质碳源碳化为碳纤维材料，所述物理处理将一阶段热处理后获得的长纤维微米化。所述碳纤维材料的直径范围为5μm至20μm，微米化长度范围为10μm至150μm。所述的研磨具体为：将所得碳纤维材料投入研磨机中，在50-150r/min转速下对碳纤维材料进行研磨微米化。其运行程序具体为①启动机器正转，转速为50r/min研磨5min；②停机30s后启动机器反转，转速为50r/min研磨5min；③停机30s后启动机器正转，转速为150r/min研磨2min；④停机30s后启动机器反转，转速为150r/min研磨2min；⑤重复步骤③、④三次后取出碳材料即可获得所述微米化纤维材料。
12、进一步地，所述一阶热处理的温度范围为500℃至1500℃。
13、进一步地，在s110和s120之间还可以包括对一阶段热处理后所得的碳纤维材料进行洗涤和干燥。
14、进一步地，s200还包括：
15、将s100制备获得的微米化碳纤维送入流化床反应器，采用杂原子前驱体，在0.2mpa至0.3mpa的压力条件下进行化学气相沉积，获得所述的杂原子掺杂碳纤维材料。
16、经过杂原子掺杂的碳纤维材料中具有较高的缺陷浓度，导电性得到了较大的提升。
17、本发明还提供一种碳纤维材料，所述碳纤维材料采用如上述任一技术方案所述的方法获得。
18、本发明还提供一种硅碳复合负极材料，所述硅碳复合负极材料是一种全域长程导电结构，是在电极集流体上涂覆含硅纳米颗粒以及上述碳纤维材料的硅碳复合浆料制得。所述硅碳复合浆料中硅纳米颗粒的质量分数不低于50％，碳纤维材料的质量分数不低于10％。
19、本发明还提供一种二次电池，含有上述硅碳复合负极材料。
20、本发明具有如下有益效果：
21、本发明在碳纤维材料的制备过程中，采用杂原子前驱体作为杂原子源，对所述制备获得的特定碳纤维进行掺杂，以此来提高碳纤维材料中的缺陷浓度，从而提高碳纤维材料的导电性。碳纤维材料可作为制备硅碳负极材料的原料。不同于硅颗粒与颗粒状或者层状的导电剂的简单混合而形成的电极局部导电位点，本发明中特殊处理后的碳纤维材料与硅颗粒复合后能够形成长程的全域导电网络。一方面，该导电网络能够降低电极的电阻，从而降低电池在充放电过程中的极化，既可以提高电池的充放电效率，又能预防电池因为高电阻产生的发热、产气等安全问题；另一方面，在电极极片中的碳纤维网络在与硅颗粒和粘结剂紧密结合的情况下还能充当高强度骨架，在电池中应力存在的情况下能够较好地缓解电池极片的失效，保证电池的长循环稳定性。
1.一种碳纤维材料的制备方法，其特征在于，所述碳纤维材料用于制备硅碳负极材料，所述碳纤维材料的制备方法包括：
2.根据权利要求1中所述的碳纤维材料的制备方法，其特征在于，
3.根据权利要求1至2中任意一项所述的碳纤维材料的制备方法，其特征在于，方法包括：
4.根据权利要求3所述的碳纤维材料的制备方法，其特征在于，s110中所制备的碳纤维直径范围为5μm至20μm，s120中所述微米化纤维材料的长度范围为10μm至150μm。
5.根据权利要求3所述的碳纤维材料的制备方法，其特征在于，
6.根据权利要求3所述的碳纤维材料的制备方法，其特征在于，所述的研磨具体为：将所得碳纤维材料投入研磨机中，在50-150r/min转速下对碳纤维材料进行研磨微米化，运行程序为①启动机器正转，转速为50r/min研磨5min；②停机30s后启动机器反转，转速为50r/min研磨5min；③停机30s后启动机器正转，转速为150r/min研磨2min；④停机30s后启动机器反转，转速为150r/min研磨2min；⑤重复步骤③、④三次后取出碳材料即可获得所述微米化纤维材料。
7.一种碳纤维材料，其特征在于，所述碳纤维材料采用如权利要求1至6中任一项所述的方法获得。
8.一种全域长程导电硅碳复合负极结构，其特征在于，是在电极集流体上涂覆硅碳复合浆料，所述硅碳复合浆料中含有硅纳米颗粒和如权利要求7所述的碳纤维材料。
9.根据权利要求8所述的硅碳复合负极，其特征在于，所述硅碳复合浆料中硅纳米颗粒的质量分数不低于50％，碳纤维材料的质量分数不低于10％。
10.一种二次电池，其特征在于，含有如权利要求8所述的硅碳复合负极材料。