【技术实现步骤摘要】
一种镁热还原法制备的中空结构硅碳复合材料及其制备方法
本专利技术属于硅碳复合材料及其制备方法,涉及锂离子电池负极中空结构硅碳复合材料及其制备方法。
技术介绍
在锂离子电池负极材料研究应用中,硅基材料的理论比容量最高,纯硅的理论比容量为4200mAh/g,而目前商用负极材料天然石墨的理论容量只有372mAh/g,而且硅没有溶剂化作用,其原材料储藏丰富,较其它金属材料有更高的稳定性,被认为是最受期待的高容量锂离子电池负极材料。然而,硅负极由于其在锂的嵌、脱循环过程中要经历严重的体积膨胀和收缩,造成材料结构的破坏和粉碎化,从而导致电极循环性能的衰退,限制了其商业化应用。为了解决硅负极材料在充放电过程中容易发生应力开裂引起体积膨胀导致循环性能劣化的问题,一种方法是利用纳米硅材料和其他材料的复合物,例如硅碳复合材料,来缓解硅的体积膨胀,从而提高其循环寿命。中国专利CN201610893698.3公开了一种利用镁热还原法制备硅碳复合材料的方法。将二氧化硅源、有机碳源和溶剂混合,球磨制得匀浆状混合物,经烘干得到二氧化硅/碳前驱体复合材料;将二氧化硅/碳前驱体复合材料与镁粉混合进行镁热还原反应,收集产物并进行酸洗、水洗,干燥后得到所述硅碳复合材料。该专利技术制备的复合材料有效保持多孔硅的形貌,使其具有较佳的承受体积应变能力;多孔复合材料应用于锂电池,使得锂离子脱嵌深度小、离子扩散路径短,有效提高了锂电池的可逆容量、库伦效率,延长循环寿命。但是,该方法采用聚偏氟乙烯、聚吡咯、聚丙烯腈或者聚丙乙烯作为碳源,在加热升温过程中,碳源被碳化,覆盖二氧化硅表面,使得二氧化硅与镁蒸气接 ...
【技术保护点】
1.一种镁热还原法制备的中空结构硅碳复合材料的制备方法,其特征在于包括下述步骤:(1)聚苯乙烯(PS)微球乳液以及SiO2研磨液的制备:将1‑10重量份聚乙烯吡咯烷酮溶于180重量份水中,加入5‑15重量份苯乙烯,搅拌加热到70℃,再将0.1‑1重量份引发剂偶氮二异丁基脒盐酸盐溶解在30重量份水中,加入到反应体系中反应12‑30小时,得到聚苯乙烯(PS)微球乳液,微球粒径范围为50‑400nm;在乙醇存在下,利用研磨机研磨SiO2,并在SiO2的研磨液内,加入有机弱酸,控制SiO2研磨液的pH值在6以下,质量固含量为8‑20%,SiO2研磨液中SiO2颗粒的平均粒径为10‑100nm;(2)聚苯乙烯/二氧化硅核壳结构复合物(PS/SiO2)的制备:取3.0‑10.0重量份聚苯乙烯微球乳液分散在100重量份水中,搅拌5‑20分钟,再加入30‑60重量份乙醇,搅拌30分钟,将5.0‑30.0重量份SiO2研磨液缓慢滴加于上述混合溶液,25‑35℃下持续搅拌3‑10小时,离心分离,干燥得到聚苯乙烯/二氧化硅核壳结构复合物(PS/SiO2)产物,整体粒径在200‑600nm之间,其中SiO2层 ...
【技术特征摘要】
1.一种镁热还原法制备的中空结构硅碳复合材料的制备方法,其特征在于包括下述步骤:(1)聚苯乙烯(PS)微球乳液以及SiO2研磨液的制备:将1-10重量份聚乙烯吡咯烷酮溶于180重量份水中,加入5-15重量份苯乙烯,搅拌加热到70℃,再将0.1-1重量份引发剂偶氮二异丁基脒盐酸盐溶解在30重量份水中,加入到反应体系中反应12-30小时,得到聚苯乙烯(PS)微球乳液,微球粒径范围为50-400nm;在乙醇存在下,利用研磨机研磨SiO2,并在SiO2的研磨液内,加入有机弱酸,控制SiO2研磨液的pH值在6以下,质量固含量为8-20%,SiO2研磨液中SiO2颗粒的平均粒径为10-100nm;(2)聚苯乙烯/二氧化硅核壳结构复合物(PS/SiO2)的制备:取3.0-10.0重量份聚苯乙烯微球乳液分散在100重量份水中,搅拌5-20分钟,再加入30-60重量份乙醇,搅拌30分钟,将5.0-30.0重量份SiO2研磨液缓慢滴加于上述混合溶液,25-35℃下持续搅拌3-10小时,离心分离,干燥得到聚苯乙烯/二氧化硅核壳结构复合物(PS/SiO2)产物,整体粒径在200-600nm之间,其中SiO2层厚度为10-100nm;(3)碳/二氧化硅纳米复合物(C/SiO2)的制备:将聚苯乙烯/二氧化硅核壳结构复合物(PS/SiO2)在600-900℃高温煅烧2-6小时,氮气气氛保护下,得到中空结构的碳/二氧化硅纳米复合物(C/SiO2),粒径为200-600nm;(4)中空结构硅碳复合材料(Si/C)的制备:取0.25-0.35重量份碳/二氧化硅纳米复合物,0.25-0.35重量份镁粉在手套箱中研磨混合均匀,所得到的混合物粉末均匀的铺在氧化铝方舟内,置于管式炉中,氩气氛围下600-800℃反应2-6小时,所得到的产物用1mol/L的盐酸洗涤除去氧化镁杂质,最后在真空干燥箱中于70-90℃干燥10-18小时,得到中空结构硅碳复合材料(Si/C),粒径为200-600nm。2.根据权利要求1所述镁热还原法制备的中空结构硅碳复合材料的制备方法,其特征在于所述有机弱酸选自乙酸、衣康酸、油酸、草酸、硬脂酸、柠檬酸、马来酸、富马酸、己二酸的一种或几种并用。3.根据权利要求1所述镁热还原法制备的中空结构硅碳复合材料的制备方法,其特征在于所述管式炉中反应温度优选600-680℃,反应时间优选3-4小时,得到中空结构硅碳复合材料(Si/C)粒径优选为200-400nm。4.一种中空结构硅碳复合材料,其特征在于采用下述方法制备而成:(1)聚苯乙烯(PS)微球乳液以及SiO2研磨液的制备:将1-10重量份聚乙烯吡咯烷酮溶于180重量份水中,加入5-15重量份苯乙烯,搅拌加热到70℃,再将0.1-1重量份引发剂偶氮二异丁基脒盐酸盐溶解在30重量份水中,加入到反应体系中反应12-30小时,得到聚苯乙烯(PS)微球乳液,微球粒径范围为50-400nm;在乙醇存在下,利用研磨机研磨SiO2,并在SiO2的研磨液内,加入有机弱酸,控制SiO2研磨液的pH值在6以下...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘祥,刘洁,汪舟鹭,冯艳,王奥宁,
申请(专利权)人:南京工业大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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