一种硅金属复合材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种硅金属复合材料的制备方法，包括以下步骤：A)将单质硅的悬浊液与含有金属离子的溶液混合，得到前驱体混合液；B)将碱性介质与所述前驱体混合液混合，进行反应，得到硅金属复合材料。本发明专利技术中的制备方法不需要使用额外的还原剂，而是直接利用硅在碱性条件下的还原性将金属离子直接还原，并覆盖在硅颗粒的表面。与球磨法相比，本发明专利技术无需额外的电力等能源，能耗低，耗时短，操作过程简单易行。实验结果表明，以本发明专利技术中的制备方法得到的硅金属复合材料负极的锂离子电池首次充放电的库伦效率在76.5～88.1％，100次循环后的比容量为1288mAh/g。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了，包括以下步骤：A)将单质硅的悬浊液与含有金属离子的溶液混合，得到前驱体混合液；B)将碱性介质与所述前驱体混合液混合，进行反应，得到硅金属复合材料。本专利技术中的制备方法不需要使用额外的还原剂，而是直接利用硅在碱性条件下的还原性将金属离子直接还原，并覆盖在硅颗粒的表面。与球磨法相比，本专利技术无需额外的电力等能源，能耗低，耗时短，操作过程简单易行。实验结果表明，以本专利技术中的制备方法得到的硅金属复合材料负极的锂离子电池首次充放电的库伦效率在76.5～88.1％，100次循环后的比容量为1288mAh/g。【专利说明】
本专利技术属于无机复合材料
，尤其涉及。
技术介绍
锂离子电池具有长寿命、高功率、高能量等优点，是目前应用最广泛的二次化学电 源。随着移动设备和电动汽车等产品对电池的能量密度要求越来越高，开发新型的电极材 料变得越来越迫切。 现今商品化锂离子电池负极材料为主要为碳材料，其中石墨类材料最为成熟，其 实际比容量已经接近理论比容量，很难通过技术方法再进一步提高。而新型硅负极材料的 理论比容量远远高于石墨材料，可作为锂离子电池的新型负极材料进一步提高电池比容 量。但单质硅的电导率较低，而且在充放电过程中体积变化大，循环性能较差，尚未达到大 规模商业化应用的要求。将硅颗粒均匀分散在非活性物质组成的导电网络体系中，形成硅 金属复合物是常见的改进方法。 目前制备硅金属复合物最常用的方法是高能球磨法，通过机械球磨的办法将金属 单质和单质硅复合，该方法具有能耗高，耗时长，混合效果不理想等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，本专利技术中的制备方法能耗 低、耗时短，金属颗粒覆盖效果好，从而制得的硅金属复合材料具有稳定的循环性能。 本专利技术提供了，包括以下步骤： A)将单质硅的悬浊液与含有金属离子的溶液混合，得到前驱体混合液； B)将碱性介质与所述前驱体混合液混合，进行反应，得到硅金属复合材料。 优选的，所述单质娃的粒径为1~lOOOnm。优选的，所述金属离子包括Cu2+、Sn4+、Ag+和Sb3+中的一种或几种。 优选的，所述单质硅与金属离子的摩尔比为(1.5~10): 1。 优选的，所述含有金属离子的溶液中金属离子的摩尔浓度为0.001~3mol/L。 优选的，所述碱性介质包括甲胺、乙胺、乙二胺、氨水和季铵盐中的一种或几种。 优选的，所述步骤B)中反应的温度为50~120°C; 所述步骤B)中反应的时间为20min~72小时。优选的，所述步骤B)中反应的pH值为7~12。优选的，所述步骤B)后还包括以下步骤： 将所述硅金属复合材料在保护气体气氛下进行热处理，得到含有金属硅化物的硅 金属复合材料。 优选的，所述热处理的温度为200~900°C ; 所述热处理的时间为lOmin~24小时。本专利技术提供了，包括以下步骤:A)将单质硅的悬 浊液与含有金属离子的溶液混合，得到前驱体混合液;B)将碱性介质与所述前驱体混合液 混合，进行反应，得到硅金属复合材料。本专利技术中的制备方法不需要使用额外的还原剂，而 是直接利用硅在碱性条件下的还原性将金属离子直接还原，并覆盖在硅颗粒的表面。与球 磨法相比，本专利技术无需额外的电力等能源，能耗低，耗时短，操作过程简单易行。进一步的， 相比于其他化学法，本专利技术的制备方法无需使用额外的还原剂，而且金属离子直接在硅颗 粒表面还原并沉积在硅颗粒的表面，金属颗粒尺寸极小，覆盖均匀。在本专利技术中，金属离子 在硅颗粒表面直接还原的好处是:还原得到金属单质与硅颗粒之间的附着力强;金属颗粒 的覆盖度均匀;本专利技术方法得到的金属颗粒尺寸为纳米级，尺寸可以到2~5nm，而其他制备 方法得到的金属颗粒一般在lOOnm以上。本专利技术小尺寸的金属颗粒覆盖在单质硅表面的好 处是，一方面有利于提高缓冲体积膨胀的能力，提高导电性;另一方面是减少非活性金属的 含量，提高复合材料的容量。实验结果表明，以本专利技术中的制备方法得到的硅金属复合材料 负极的锂离子电池首次充放电的库伦效率在76.5~88.1%，100次循环后的比容量为 1288mAh/g〇【附图说明】 为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。 图1为本专利技术实施例1中硅铜复合材料的透射电镜图； 图2为本专利技术实施例1中硅铜复合材料的放大透射电镜图。【具体实施方式】 本专利技术提供，包括以下步骤： A)将单质硅的悬浊液与含有金属离子的溶液混合，得到前驱体混合液； B)将碱性介质与所述前驱体混合液混合，进行反应，得到硅金属复合材料。 本专利技术优选先将单质硅与水混合，得到单质硅的悬浊液，在混合过程中，可使用超 声处理或搅拌处理，以加快混合进程。在本专利技术中，优选采用单质硅粉末，所述单质硅的粒 径优选为1~l〇〇〇nm，更优选为50~800nm，最优选为100~700nm;所述水优选为去离子水。 得到单质硅的悬浊液后，本专利技术将单质硅的悬浊液与含有金属离子的溶液混合， 得到前驱体混合液。在本专利技术中，所述金属离子优选包括Cu 2+、Sn4+、Ag+和Sb3+中的一种或几 种，所述含有金属离子的溶液中金属离子优选来自于硝酸盐、磷酸盐、氯化物、硫酸盐或乙 酸盐。具体的，在本专利技术的实施例中，可以是CuCl 2或AgN03。在本专利技术中，所述含有金属离子 的溶液中金属离子的摩尔浓度优选为〇. 001~3mol/L，更优选为0.05~2.5mol/L，最优选为 0. 1~2mil/L，具体的，在本专利技术的实施例中，可以是0.2mol/L;所述单质硅与金属离子的摩 尔比优选为（1.5~10): 1，更优选为(2~8): 1，具体的，在本专利技术的实施例中，可采用2:1、4: 1、 6:1或8:1。本专利技术优选在搅拌的条件下得到所述前驱体混合液。 本专利技术优选将碱性介质溶液滴加至所述前驱体混合液中，调节pH值，然后在搅拌 条件下进行反应，得到硅金属复合材料。在本专利技术中，所述碱性介质优选包括甲胺、乙胺、乙 二胺、氨水和季铵盐中的一种或几种，所述碱性介质溶液为相应碱性介质的水溶液，本专利技术 对所述碱性介质溶液的浓度和用量没有特殊的限制，能够将所述前驱体混合液的pH值调整 至所需的范围即可。在本专利技术中，所述pH值优选为7~12，更优选为8~10。 在本专利技术中，所述反应的温度优选为50~120°C，更优选为60~110°C，最优选为70 ~l〇〇°C，具体的，在本专利技术的实施例中，可以是60°C或70°C ;所述反应的时间优选为20min ~72小时，更优选为1~50小时，最优选为5~40小时，具体的，在本专利技术的实施例中，可以是 8小时或10小时。经过上述反应后，反应溶液中的金属离子在单质娃表面被原位还原为金属 单质，覆盖在单质硅、颗粒的表面，此时的硅金属复合材料为表面包覆有金属单质的单质 娃。完成上述反应后，本专利技术优选将反应的混合液进行固液分离和洗涤，去除液体，得 到的固体即为硅金属复合材料，所述固液分离优选为离心分离或过滤分离，所述洗涤可以 采用水、乙醇或丙酮等溶剂。本专利技术优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅金属复合材料的制备方法，包括以下步骤：A)将单质硅的悬浊液与含有金属离子的溶液混合，得到前驱体混合液；B)将碱性介质与所述前驱体混合液混合，进行反应，得到硅金属复合材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐凯琪，苏伟，魏增福，钟国彬，王超，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44