一种中空结构紧密结合型高性能硅/石墨化碳复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种中空结构紧密结合型高性能硅/石墨化碳复合材料及其制备方法。所述硅/石墨化碳复合材料包括由硅颗粒构成的内层以及由石墨化碳材料构成的外层，内外层之间结合紧密且具有一定的间隙，形成中空结构；其制备方法具体为将二氧化硅与金属镁粉按一定比例均匀混合，混合物在一定二氧化碳流量的气氛下进行镁热还原，采用稀酸对还原产物进行处理，除去中间层杂质产物，即得到最终产品。本发明专利技术通过在二氧化碳气氛下进行镁热还原，一步生成硅和石墨化度高的碳材料，制得中空结构且结合紧密的硅基复合材料；该复合材料稳定性好，能有效缓冲硅体积膨胀，提高电化学性能，制备方法简单、能耗低，原料来源广泛，可以广泛应用于锂离子电池负极材料领域。

A kind of high performance silicon / graphitized carbon composite with close combination of hollow structure and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种中空结构紧密结合型高性能硅/石墨化碳复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及锂离子电池负极材料
，具体涉及硅碳复合材料领域，尤其涉及一种中空结构紧密结合型高性能硅/石墨化碳复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池目前由于具有循环寿命长、携带方便、环境友好等优点，在手机、笔记本电脑、数码相机等电子设备上得到了广泛应用。然而，随着高性能电子设备和电动汽车迅速发展，对锂离子电池相关性能尤其是能量密度提出了更高的要求。显然，传统的锂离子电池石墨类负极材料理论比容量为372mAh/g，已不能满足高能量密度的要求。硅基材料因具有极高的理论比容量(4200mAh/g)、合适的电压平台(约0.1V)、丰富原料来源等特点，具有广阔的应用前景。但硅基负极材料在锂化和脱锂的过程中会发生巨大的体积变化（约300%），从而导致固体电解质中间相（SEI）膜的反复破碎和再生并引起电极粉化，使得电池的电化学性能急剧下降甚至失效；另一方面，硅材料的导电性非常差。为了解决上述问题，研究者们提出了制备纳米多孔硅、形成硅合金材料、碳材料包覆硅等策略。...

【技术保护点】
1.一种中空结构紧密结合型高性能硅/石墨化碳复合材料，其特征在于，包括由硅颗粒构成的内层以及由石墨化碳材料构成的外层，内外层之间结合紧密且具有一定的间隙，形成中空结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种中空结构紧密结合型高性能硅/石墨化碳复合材料，其特征在于，包括由硅颗粒构成的内层以及由石墨化碳材料构成的外层，内外层之间结合紧密且具有一定的间隙，形成中空结构。


2.如权利要求1所述中空结构紧密结合型高性能硅/石墨化碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将二氧化硅与金属镁粉均匀混合；
（2）将步骤（1）所得的混合物装入反应器中，反应器置于气氛炉中，通入二氧化碳气体，并在控制流量的条件下进行镁热还原，然后冷却至室温，得到固体产物；
（3）将步骤（2）所得固体产物经盐酸和氢氟酸分别酸洗、水洗、过滤、干燥，即得中空结构紧密结合型高性能硅/石墨化碳复合材料。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述二氧化硅来源于硅藻土、生物质源材料或者用化学方法合成，其中生物质源材料为稻壳或秸秆。


4.如权利要求3所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志国，郑彪，喻鹏，刘辉，武芳芳，张纯，罗华云，
申请(专利权)人：湖南农业大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43