[發明專利]一種多孔硅碳復合材料及其制備方法與應用有效

申請號：	201610214428.5	申請日：	2016-04-07
公開（公告）號：	CN105895871B	公開（公告）日：	2018-03-27
發明（設計）人：	李偉善;梁瀟;廖友好;邢麗丹	申請（專利權）人：	華南師范大學
主分類號：	H01M4/36	分類號：	H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M10/0525
代理公司：	廣州市華學知識產權代理有限公司44245	代理人：	羅嘯秋,裘暉
地址：	510631 廣東省***	國省代碼：	廣東;44
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種多孔復合材料及其制備方法應用
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料技術領域，具體涉及一種多孔硅碳復合材料及其制備方法與應用。

背景技術

環境的破壞和能源的短缺，迫使人類開發如風能、太陽能、潮汐能等新能源。由于這些依靠自然提供的新能源在時間和地域上存在不平衡性，尤其在突發因素下，獲取的能量不能像傳統化石燃料一樣便于利用，因此需要開發儲能體系對其進行儲藏和利用。鋰離子電池具有能量密度高、循環壽命長、無記憶效應等優點，是目前最合適的儲能電池裝置。鋰離子電池本身結構(正極/隔膜/負極)需要使用低閃點易燃的碳酸酯類液體電解質來激活電池的其他固體組分。目前，鋰離子電池里含有的固體組分包括：正極材料主要是鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰等幾大類過渡態金屬形成的鋰的無機材料；隔膜是聚烯烴聚合物膜；負極是石墨等碳材料。然而，目前實現商業化的負極材料--石墨的理論容量只有372mAh/g，實際能夠發揮到約350mAh/g。上述傳統的石墨負極材料在常規的便攜式儲能裝置中完全可以滿足應用需求，但是在日益發展的電子產業以及電動汽車產業中，石墨負極材料的容量仍需要進一步提高；而通過電池制備工藝的改進很難取得容量的突破性進展，開發高容量負極已經成為鋰離子電池快速發展過程中迫切需要解決的問題。

在眾多的解決方案中，使用硅基材料替代傳統石墨材料是比較有效的方法，因為單質硅作為負極材料的理論容量高達4200mAh/g，超出十多倍的石墨負極理論容量，而且，硅來源豐富，價格低廉。然而，在單質硅負極目前存在如在嵌鋰過程中材料的體積膨脹高達400％、電子電導率低、難以形成穩定的固體電解質界面膜(SEI)等問題，嚴重阻礙了其作為高容量負極的商業化進程。

硅與碳形成硅碳負極是一種比較有效解決目前單質硅負極存在問題的方法。授權公告號為CN 103199252 B的中國發明專利公開了“鋰離子電池用硅碳負極材料及其制備方法”，該專利采用含氧硅碳復合材料和石墨粉體構成負極，其中，含氧硅碳復合材料由含氧硅基材料分散于石墨粉體和有機物裂解碳中構成，該負極材料雖然具有較好的循環穩定性，但是實施例1初始容量只有523mAh/g，實施例3的初始容量僅為396mAh/g。申請公布號為CN 104103821 A的中國發明專利“硅碳負極材料的制備方法”，該專利采用氣相沉積制備的硅碳負極，也同樣存在初始容量偏低的情況。因此，有必要提供一種高初始容量的硅碳負極。

發明內容

為了解決以上現有技術的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種多孔硅碳復合材料的制備方法。

本發明的另一目的在于提供一種通過上述方法制備得到的多孔硅碳復合材料。

本發明的再一目的在于提供上述多孔硅碳復合材料在鋰離子電池負極中的應用。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種多孔硅碳復合材料的制備方法，包括以下制備步驟：

(1)配制含過渡態金屬鹽的溶液，滴加氨水調節溶液pH在9～10之間，然后加入單質硅粉，超聲分散形成均相溶液，然后往上述溶液中滴加葡萄糖溶液室溫下攪拌反應12～24小時，所得產物經清洗干燥，得到表面有過渡態金屬顆粒沉積的硅粉；

(2)將表面有過渡態金屬顆粒沉積的硅粉重新分散于氫氟酸和過氧化氫的混合溶液中，室溫攪拌反應3～5小時，產物清洗干燥后繼續分散于稀硝酸溶液中反應1～3小時，隨后清洗并干燥，得到多孔硅粉末；

(3)將對苯二胺溶解于稀鹽酸溶液中，然后加入步驟(2)得到的多孔硅粉末，超聲分散形成均勻溶液，再滴加NaNO₂水溶液進行反應4～12小時，反應產物經清洗、干燥，然后于保護氣氛中800～950℃燒結，得到所述多孔硅碳復合材料。

步驟(1)中所述的過渡態金屬鹽優選AgNO₃或Cu(NO₃)₂，所述含過渡態金屬鹽的溶液的濃度為0.4～0.6mM。

優選地，所述的單質硅粉為直接購買的325mesh硅粉、SiO經歧化反應制得的單質硅粉或由稻殼生物質原料制得的單質硅粉。

所述葡萄糖溶液的濃度優選為0.045～0.07M。