一种核壳结构的SiO制造技术

一种核壳结构的SiO

A core-shell structure of SiO

【技术实现步骤摘要】
一种核壳结构的SiO2-C纳米球及其制备方法和应用
本专利技术涉及纳米储能材料领域，具体而言，涉及一种核壳结构的SiO2-C纳米球及其制备方法和应用。
技术介绍
随着科技的飞速发展，便携式电子设备，如智能手机、笔记本电脑、平板电脑、蓝牙耳机等各种各样的电子产品越来越多，人们对于这些电子产品的依赖也日益提高，而这些电子产品的续航时间在近年来却饱受诟病，因为这些便携设备的主要储能部件——锂离子电池，因为其容量有限，无法满足人们的需求，所以提升锂离子电池的容量是解决电子设备续航时间短的关键，而在锂离子电池中，电极材料对容量的影响是最显著的，以Si、SiO2等为代表的新型阳极材料，因为其理论比容量高达几千，远高于当前的石墨阳极(372mAh/g)，是一些颇具前景的锂离子电池阳极材料。Si基材料尽管理论比容量极高，但都有着体积膨胀严重、导电性差等缺点，导致循环稳定性差、容量衰减过快、倍率性能差等诸多缺点。而相比于Si材料，SiO2的比容量虽然略低(～1965mAh/g)，但其循环稳定性优势明显。在与锂离子反应时，会预先生成Si及其副产物如Li4SiO4、Li2O等，这些产物起到了初步的缓冲作用，能对提高循环稳定性和循环保持率起到一定的作用，但还是远不及商业应用的程度。为了进一步提升SiO2阳极材料的性能，世界各国的研究人员尝试了各种改性的方法，如纳米化、表面包覆、制备核壳结构等，都对材料性能提升有了很大帮助，但这些方法所使用的技术手段较为繁杂，涉及到多种复杂反应和精密仪器设备，条件要求苛刻且不易调控。专利
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种核壳结构的SiO2-C纳米球及其制备方法和应用，该制备方法的操作简单，原料易得，对设备要求低，且易于调控。制得的SiO2-C纳米球直径可控，具有较高的嵌锂比容量和良好的循环寿命，在制备锂电池高容量阳极材料中具有较佳的应用价值。本专利技术的实施例是这样实现的：一种核壳结构的SiO2-C纳米球的制备方法，其包括：将硅源前驱体和碳源前驱体混合，得到SiO2-C纳米球前驱体；将SiO2-C纳米球前驱体烧结碳化，得到烧结体；对烧结体的部分SiO2进行腐蚀，得到SiO2-C纳米球。一种SiO2-C纳米球，其由上述核壳结构的SiO2-C纳米球的制备方法制备得到。一种上述SiO2-C纳米球在锂电池阳极材料中的应用。本专利技术实施例的有益效果是：本专利技术实施例提供了一种核壳结构的SiO2-C纳米球及其制备方法和应用，该制备方法通过将硅源前驱体、碳源前驱体混合后烧结、腐蚀得到，其操作简单，原料易得，对设备要求低，且易于调控。通过该制备方法制得的SiO2-C纳米球直径可在200～600nm范围内调控，内部SiO2核心尺寸可在50～300nm调控、碳壳厚度及壳内孔径大小可分别在20～60nm及2～10nm范围调控。同时，该SiO2-C纳米球具有较高的嵌锂比容量和良好的循环寿命，在制备锂电池高容量阳极材料中具有较佳的应用价值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例1中(采用TEOS为硅源前驱体)腐蚀时间分别为0小时(a)、2小时(b)、3小时(c)、3.5小时(d)、4小时(e)及12小时(f)所得SiO2@C核壳纳米球的SEM图；图2为本专利技术实施例1中(采用TEOS为硅源前驱体)腐蚀时间分别为0小时(a)、2小时(b)、3小时(c)、3.5小时(d)、4小时(e)及12小时(f)所得SiO2@C核壳纳米球的TEM图；图3为本专利技术实施例1中腐蚀时间为3小时所得SiO2@C核壳纳米球的XRD(a)、热失重(b)、充放电曲线(c)、循环性能(d)及倍率性能(e)；图4为本专利技术实施例2中(采用TPOS为硅源前驱体)腐蚀时间为3小时所得SiO2@C核壳纳米球的SEM图(a)及TEM图(c)；实施例1中(采用TEOS为硅源前驱体)腐蚀时间为3小时所得SiO2@C核壳纳米球的SEM图(b)及TEM图(d)；图5为本专利技术实施例2中所得SiO2@C核壳纳米球的XRD(a)、充放电曲线(b)、循环性能(c)及倍率性能(d)。图6为本专利技术实施例3中TPOS水解时间为15分钟、水浴反应为12小时生成的碳纳米球(a)，TPOS水解时间为30分钟、水浴反应为24小时生成的碳纳米球(b)。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。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。下面对本专利技术实施例的一种核壳结构的SiO2-C纳米球及其制备方法和应用进行具体说明。本专利技术实施例提供了一种核壳结构的SiO2-C纳米球的制备方法，其包括：S1.将硅源前驱体和碳源前驱体混合，得到SiO2-C纳米球前驱体；S2.将SiO2-C纳米球前驱体烧结碳化，得到烧结体；S3.对烧结体的部分SiO2进行腐蚀，得到SiO2-C纳米球。该制备方法通过简单的水解、缩合、烧结碳化以及腐蚀过程，即可获得微观结构可控的核壳结构，具有操作简单，成本低廉，设备要求低，结构易调控的优点。硅源前驱体包括正硅酸四乙酯和四丙氧基硅烷中的至少一种。即可以是正硅酸四乙酯和四丙氧基硅烷中的任一种，也可以是二者的混合。碳源前驱体包括酚醛树脂和盐酸多巴胺中的至少一种。其中，酚醛树脂可以是购买现成的产品，也可以是通过添加间苯二酚和甲醛溶液原位合成。进一步地，硅源前驱体和碳源前驱体的混合是溶解在混合溶剂中形成混合液，混合溶剂由乙醇、水、氨水混合得到。混合溶剂对于硅源前驱体和碳源前驱体均有较佳的溶解效果，硅源前驱体和碳源前驱体在混合溶剂中混合反应，最终形成均匀的白色溶液。优选地，混合溶剂中乙醇的含量为50vol％～90vol％，氨水的含量为1vol％～6vol％。按照上述比例制取的混合溶剂的溶解效果较好。可选地，混合液中，硅源前驱体的含量为2wt％～5wt％，碳源前驱体的含量为0.4wt％～2wt％。需要说明的是，当采用间苯二酚和甲醛溶液原位生成酚醛树脂作为碳源前驱体，间苯二酚的含量为0.2wt％～1wt％，甲醛溶液(浓度35％～40％)的含量0.3vol％～1.5vol％。通过对硅源前驱体和碳源前驱体浓度的控制，以及对不同类型硅源前驱体的选择，可以调控所得到的SiO2-C纳米球的核心直径和碳壳直径。此外，硅源前驱体和碳源前驱体的混合是在20～60℃下进行的，时间为6～24h。在上述条件下，硅源前驱体和碳源前驱体的反应的可控性较好，更加利于对SiO2-C纳米球直径的控制。进一步地，对S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核壳结构的SiO

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构的SiO2-C纳米球的制备方法，其特征在于，包括：
将硅源前驱体和碳源前驱体混合，得到SiO2-C纳米球前驱体；
将所述SiO2-C纳米球前驱体烧结碳化，得到烧结体；
对所述烧结体的部分SiO2进行腐蚀，得到所述SiO2-C纳米球。


2.根据权利要求1所述的SiO2-C纳米球的制备方法，其特征在于，所述硅源前驱体包括正硅酸四乙酯和四丙氧基硅烷中的至少一种；优选地，所述碳源前驱体包括酚醛树脂和盐酸多巴胺中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的SiO2-C纳米球的制备方法，其特征在于，所述硅源前驱体和所述碳源前驱体的混合是溶解在混合溶剂中形成混合液，所述混合溶剂由乙醇、水、氨水混合得到；优选地，所述混合溶剂中乙醇的含量为50vol％～90vol％，氨水的含量为1vol％～6vol％。


4.根据权利要求3所述的SiO2-C纳米球的制备方法，其特征在于，所述混合液中，所述硅源前驱体的含量为2wt％～5wt％，所述碳源前驱体的含量为0.4wt％～2wt％。


5.根据权利要求4所述的SiO2-C纳米球...

【专利技术属性】
技术研发人员：周小卫，姜宇涵，文佳，丁志炜，关琳琳，任杨，刘铸，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：云南;53