一种α-MoC制造技术

本发明专利技术公开了一种α‑MoC

【技术实现步骤摘要】
一种α-MoC1-x/Si@C微球及制备方法和应用
本专利技术涉及一种复合材料的制备及其应用，尤其是涉及一种氯化铝（AlCl3）熔盐辅助的低温镁热还原法制备得到的球状碳化钼/硅（α-MoC1-x/Si@C）复合材料以及其在锂离子电池负极中的应用。
技术介绍
随着科技的快速发展，人们对于高能量密度的储能器件的需求日益增长。锂离子电池因其高能量密度、高开路电压、充放电速率快、环境友好等显著的优势而在近几十年发展为应用最广泛的储能器件之一，特别是如今便携式电子设备以及新能源汽车等在人类社会中的地位越来越重要，锂离子电池仍然是一个重要的研究方向。尽管锂离子电池的基础研究和应用已有较好的成果，但是目前对于其负极材料来说一般使用的是石墨，而作为碳基材料的石墨具有低比容量、充放电平台较低等缺点，已不能满足日益增长的需求。而作为地壳丰度第二的元素——硅具有高达4200mAh/g的高比容量，以及低成本、低污染等优点，因此其在锂离子电池负极中的应用备受关注。但硅作为锂离子电池负极也具有低导电率、锂离子嵌入/脱嵌过程造成较大体积膨胀而导致活性物质脱落以及电解液的分解导致硅的腐蚀等问题。近年来，研究者们改善这些缺点主要通过制备复合材料例如硅/碳复合材料，硅/过渡金属化合物，硅合金材料等；过渡金属化合物特别是碳/氮化物由于其良好的导电性、结构稳定性和较高的催化活性被视为理想的载硅材料；例如一类二维的过渡金属碳/氮化物MXene，文献“EnhancedreversibleLi-ionstorageinSi@Ti3C2MXenenanocomposite（ElectrochemistryCommunications97(2018)16-21)”中作者制备了二维Ti3C2负载硅颗粒的类三明治结构复合材料。但是载体材料Ti3C2通过前驱体Ti3AlC2经浓氢氟酸长时间刻蚀得到，该步骤具有较大风险且对环境有害，不适合实际应用；并且商业硅颗粒通过超声分散无法保证其均匀的分布；而文献“EmployingMXeneasamatrixforloadingamorphousSigenerateduponlithiationtowardsenhancedlithium-ionstorage(JournalofEnergyChemistry38(2019)50-54)”中作者使用了较为温和的刻蚀方法：氟化锂与盐酸溶液混合刻蚀Ti3AlC2，但该方法处理过程较长，且后续对杂质的洗涤过程复杂，实验周期较长，并且作者同样使用商业硅超声分散法对材料进行复合，因此同样不适合实际应用；而在文献“MXene/Si@SiOx@CLayer-by-LayerSuperstructurewithAutoadjustableFunctionforSuperiorStableLithiumStorage(ACSNano2019,13,2167−2175)”中作者则通过原位合成的方式在二维Ti3C2表面水解形成二氧化硅，再通过镁热还原法将其还原为硅，该方法能合成均匀的、与基体结合牢固的硅颗粒，但在实际应用中，控制硅含量较为复杂且高温的镁热还原可能破坏产物的微观结构，增加能源消耗。
技术实现思路
为了解决现有技术中的不足，本专利技术公开一种低温熔盐辅助镁热还原制备的α-MoC1-x/Si@C微球及其制备方法和应用，该方法整体制备低温熔盐辅助镁热还原制备的α-MoC1-x/Si@C微球的周期较短；针对以硅负极存在的问题，采用简单的一步合成法合成3D球状的前驱体，再通过碳化、低温的熔盐辅助镁热法还原得到最终产物α-MoC1-x/Si@C，制备过程条件温和，在较低温度下AlCl3熔融并催化镁与二氧化硅的反应，反应充分，前驱体的结构得以更大程度的保持，硅纳米颗粒在碳和碳化钼的基体中较好地包覆，其体积膨胀和导电性得以缓解，有利于获得电化学性能提升的硅基负极材料。其技术方案如下：一种低温熔盐辅助镁热还原制备的α-MoC1-x/Si@C微球，其特征为：以多巴胺为碳源的碳形成微米级别的球作为骨架，前驱体中的钼酸铵提供钼元素再碳基质上原位形成大量的碳化钼颗粒，作为较大的碳/碳化钼导电载体，被碳基质包裹的纳米二氧化硅被还原为纳米硅颗粒牢固地被碳骨架包覆，以此形成了纳米硅颗粒分布在碳/碳化钼主体内的球状结构。本专利技术还公开一种低温熔盐辅助镁热还原制备的α-MoC1-x/Si@C微球的制备方法。本专利技术还公开一种锂离子电池的负极材料。本专利技术具备如下优点：1.本专利技术在制备过程中采用了简单的水相中自组装的方法合成了3D球状的前驱体，并通过高温碳化；后续经过熔盐辅助低温镁热还原法还原二氧化硅，该方法反应过程温和，能极大程度保持前驱体球状结构。整体合成工艺简单，制备周期较短。2.本专利技术所制备的α-MoC1-x/Si@C复合材料前驱体由于在水溶液中自组装形成，可以保证还原后的硅纳米颗粒在碳基质和α-MoC1-x的混合骨架中均匀的分布并被稳定地包覆；与常见的碳包覆法相比，该方法能一步完成碳基质和α-MoC1-x对硅的包覆；硅纳米颗粒在碳基质和α-MoC1-x骨架中形成类似莲蓬状的结构；3.本专利技术制备的α-MoC1-x/Si@C复合负极材料具备如下优点：该结构中具有较丰富的多孔结构，可以有效缓解Si以及α-MoC1-x在嵌锂/脱锂后的体积膨胀，同时有利于与电解液的接触；经过碳化和镁热后原位生成了α-MoC1-x纳米点和硅纳米颗粒在碳基质中均匀地分散分布，α-MoC1-x锚定与碳基质上作为具有良好的导电性的骨架，其骨架在整体结构中形成3D导电网络，提升电子导电率，大量的α-MoC1-x纳米粒子可以为锂离子的传输提供便捷通道，提高锂离子传输速率，这些都有利于缓解硅导电性较差的问题；3D球状包覆结构较稳定，有利于充放电循环中的稳定性；该材料的压实密度较大，可相对提高活性物质的面载量；这些优点共同提升了硅作为锂离子电池负极时的电化学性能。附图说明图1为本专利技术实施例1步骤（3）中制备得到的中间产物SiO2/α-MoC1-x@C的透射电镜图；图2为本专利技术实施例1制备得到的α-MoC1-x/Si@C的扫描电镜图片；图3为本专利技术实施例1制备得到的α-MoC1-x/Si@C的X射线衍射图谱；图4为本专利技术实施例1制备得到的α-MoC1-x/Si@C的倍率性能图；图5为本专利技术实施例1制备得到的α-MoC1-x/Si@C的循环性能图。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征和有益技术效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例及附图对本专利技术的技术方案进行详细说明，但不能理解为对本专利技术的可实施范围的限定。该方法首先用原料二氧化硅悬浮液、四水合钼酸铵、盐酸多巴胺合成前驱体微球，再将其碳化获得碳层与碳化钼，然后用熔盐辅助低温镁热反应还原二氧化硅以获得终产物α-MoC1-x/Si@C。具体实施例如下：实施例1（1）将5mL商用二氧化硅悬浮液用去离子水稀释至25mL，称为溶液A，用稀盐酸调节pH至2左右，分别将0.475g本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温熔盐辅助镁热还原制备的α-MoC

【技术特征摘要】
1.一种低温熔盐辅助镁热还原制备的α-MoC1-x/Si@C微球，其特征为：以多巴胺为碳源的碳形成微米级别的球作为骨架，前驱体中的钼酸铵提供钼元素在碳基质上原位形成大量的碳化钼颗粒，作为较大的碳/碳化钼导电载体，被碳基质包裹的纳米二氧化硅被还原为纳米硅颗粒牢固地被碳骨架包覆，以此形成了纳米硅颗粒分布在碳/碳化钼主体内的球状结构。


2.一种低温熔盐辅助镁热还原制备的α-MoC1-x/Si@C微球的制备方法，包括权利要求1所述的低温熔盐辅助镁热还原制备的α-MoC1-x/Si@C微球，其特征为：包括如下步骤：
步骤1：将一定量的商用二氧化硅悬浮液用去离子水稀释，称为溶液A，用稀盐酸调节pH至2左右，分别将定量的盐酸多巴胺和二水合钼酸钠溶于去离子水中配置溶液B，C；将溶液A置于磁力搅拌器上搅拌，分别将溶液B、C缓慢滴加入溶液A中，产生橙红色沉淀，持续搅拌；
步骤2：分别用去离子水、乙醇离心洗涤步骤1中的产物，并将产物冷冻干燥；
步骤3：将步骤2中的干燥产物在氩气中以一定的升温速率升至1000℃，保温碳化处理得到一产物α-MoC1-x/SiO2@C；
步骤4：将步骤3中的碳化产物α-MoC1-x/SiO2@C与镁粉、氯化铝以一定质量比的比例混合研磨，装入高压反应釜中，在管式炉中保温；
步骤5：将步骤4中反应产物用稀盐酸及乙醇洗涤至中性并干燥，得到终产物α-MoC1-x/Si@C。


3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱剑豪，王家琛，霍开富，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42