一种分层多孔硅基纳米复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种分层多孔硅基纳米复合材料及其制备方法与应用，所述纳米复合材料包括多孔硅基材料本体，所述多孔硅基材料本体内设有石墨炔，外表面包覆有碳层。该材料可以吸收Si的体积变化，因此在完全锂化时表现出较小的体积膨胀；碳包覆后，可使得压实密度达到1.67PD以上而不破裂，能够承受电池制造的工业冷压过程。将本发明专利技术方案的纳米复合材料用作锂电池负极材料，可使得其具有高机械强度，以及充分锂化时仅发生有限的颗粒膨胀，从而提高其体积能量密度，改善电池在充放电过程中与电解液易发生副反应、消耗快及电池寿命短、安全性差等问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料相关，尤其是涉及一种分层多孔硅基纳米复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

1、随着电池在便携式电子设备、手机以及电动汽车和电网上的广泛使用，社会对更高能量密度的电池的需求也在不断增加。纳米结构材料的使用，尤其是高性能和低成本锂离子电池(lib)的开发带来了先进的电池技术。纳米技术的引入极大地促进了下一代锂离子电池硅(si)阳极的发展。与石墨相比，si阳极表现出更高的理论比容量(3579mah/g)和体积容量(2000mah/cm3)，具有较低的放电平台。此外，si作为地壳中含量第二的元素，本身对环境无害。在过去的十年中，使用si基纳米结构材料(包括si纳米颗粒、纳米线、纳米管、蛋黄壳结构等)提高si阳极的电化学性能方面取得了里程碑式的进展。

2、尽管纳米结构si可以减轻其因嵌锂/脱锂过程中的大体积变化而导致的结构失效，但纳米复合材料固有的特性(如高表面积)也对其电化学性能和实际电池的制造不利。例如，许多多孔纳米结构si颗粒的机械强度较差，在冷压过程中容易破裂，限制了其体积能量密度的同时，不利于电池充放电过程中电解液副反应的减本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种分层多孔硅基纳米复合材料，其特征在于：包括多孔硅基材料本体，所述多孔硅基材料本体内设有石墨炔，外表面包覆有碳层；优选地，所述纳米复合材料的孔隙率占70～85％，比表面积0.8～2.5m2/g，粒径6～9μm；优选地，所述纳米复合材料为纳米微球材料。

2.一种如权利要求1所述的纳米复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，石墨炔与PVP的质量比为1：1.2～3；优选地，所述步骤S1中，石墨炔与PVP的质量比为1：2～3。

4.根据权利要求2所述的纳米复合材料的制备方...

【技术特征摘要】

1.一种分层多孔硅基纳米复合材料，其特征在于：包括多孔硅基材料本体，所述多孔硅基材料本体内设有石墨炔，外表面包覆有碳层；优选地，所述纳米复合材料的孔隙率占70～85％，比表面积0.8～2.5m2/g，粒径6～9μm；优选地，所述纳米复合材料为纳米微球材料。

2.一种如权利要求1所述的纳米复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中，石墨炔与pvp的质量比为1：1.2～3；优选地，所述步骤s1中，石墨炔与pvp的质量比为1：2～3。

4.根据权利要求2所述的纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中的醇选自甲醇或乙醇中的至少一种；优选为乙醇；优选地，所述步骤s2中所述醇-水溶液中，醇与水的体积比为8～12：1；优选地，所述硅酸酯选自四乙氧基硅烷或四甲氧基硅烷中的至少一种；优选地，所述碱为无机碱；优选地，所述碱选自氨水、氢氧化钠或氢氧化钾；优选地，所述步骤s2中，所述硅酸酯的质量占pvp包裹的石墨炔质量比重为40～60％。

5.根据权利要求2所述的纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述乳液稳定剂选自十八烯或聚乙二醇硬脂酸酯中的至少一种；优选地，所述乳液稳定剂以溶液的形式与二氧化硅包裹的石墨炔混合，乳液稳定剂溶液中乳液稳定剂的质量百分数为0.4～1％；优选地，所述步骤s3还包括在加热前进行均质的步骤；优选地，所述均质速度为7000～10000rpm；优选地，所述均质时间为5min以上；优选地，所述步骤s3中，加热温度为90～99℃；优选地，所述步骤s3中，加热时间为3～5h；优选地，所述步骤s3中，煅烧温度为500～600℃；优选地，所述步骤s3中，煅烧时间为0.5～1.5h。

【专利技术属性】
技术研发人员：姚玉婷，马斌，陈杨柳，项海标，
申请(专利权)人：浙江锂威能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：