[發明專利]一種空心結構材料及其制備方法和用途

在審

• 申請號: 201410025915.8
• 申請日: 2014-01-21
• 公開（公告）號: CN103779546A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 周薩;劉祖琴;韓松
• 申請（專利權）人: 南京安普瑞斯有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張學彪

1.一種空心結構材料，其特征在于：包括核和殼層，所述核設置在所述殼層中，所述核和殼層之間具有空隙，所述核為硅顆粒，所述殼層為不定形碳殼。

2.?如權利要求1所述的空心結構材料，其特征在于：

作為鋰電池的陽極，所述硅顆粒由Ge顆粒、Sn顆粒、SnO₂顆粒、Al顆粒、Sb顆粒、TiO₂顆粒或上述材料的合金顆粒代替；

作為鋰電池的陰極，所述硅顆粒由LiCoO₂顆粒、LiFePO₄顆粒、LiMnO₂顆粒、LiNiO₂顆粒、LiMn₂O₄顆粒、LiCoPO₄顆粒、LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂顆粒、LiNi_XCo_YAl_ZO₂顆粒、LiFe₂(SO4)₃顆粒或FeF₃顆粒代替；

所述殼層由Al₂O₃層、TiO₂層、CdS層或Fe₂O₃層代替。

3.如權利要求1或2任一項所述的空心結構材料，其特征在于：所述核的直徑為1nm-100um，所述核與殼層之間的空隙體積為所述核體積的（0，500％），所述殼層的厚度為（0，100nm）。

4.一種空心結構材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

1）、以硅顆粒為原始材料，用加熱的方法實現對硅顆粒表面的氧化，使得硅顆粒的表面包覆有一層二氧化硅，得到中間產物A；

2）、將中間產物A加入到含有多巴胺的氨丁三醇緩沖溶液中，對上述混合溶液進行攪拌，直到中間產物A表面裹覆上一層多巴胺聚合物，烘干，得到中間產物B；

3）、將中間產物B放置在加熱爐中進行碳化，在氬氣保護下，升溫至250-550攝氏度，加熱1-3小時，升溫至650-1000攝氏度，加熱1-5小時，經過上述加熱過程，中間產物B表面的多巴胺聚合物轉化為不定形碳，得到中間產物C；

4）、將中間產物C放置在HF溶液中進行反應，直到去掉中間產物C中的二氧化硅層，得到空心結構材料。

5.如權利要求4所述的空心結構材料的制備方法，其特征在于：步驟4）中得到的所述空心結構材料中去掉二氧化硅層的硅顆粒的直徑為1nm-100um，所述二氧化硅層的體積為去掉二氧化硅層的硅顆粒體積的（0，500％），不定形碳層的厚度為（0，100nm）。

6.如權利要求4所述的空心結構材料的制備方法，其特征在于：步驟1）所述的加熱過程中通入水蒸氣。

7.如權利要求4所述的空心結構材料的制備方法，其特征在于：步驟3）中，在氬氣保護下，升溫至400攝氏度，加熱2小時，升溫至800攝氏度，加熱2.5小時。

8.如權利要求4所述的空心結構材料的制備方法，其特征在于：步驟2）中氨丁三醇緩沖溶液的濃度為（0.001M，10M），中間產物A與多巴胺的質量比為0.05-50：1。

9.一種空心結構材料的用途，其特征在于，權利要求1-3任一項所述的空心結構材料在改進鋰電池、鋰離子電池或鋰空氣電池的電極的循環穩定性中的用途。