[發明專利]一種具有核殼結構的Si@C鋰離子電池負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710492206.4
• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN107359326B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 王慶紅;郭璨;朱俞宣;盧晗;李丹
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M10/0525;B82Y30/00
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1.一種具有核殼結構的Si@C鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于，包括如下具體步驟：

A、納米硅的表面活化：先將球形納米硅超聲分散到過H₂O₂中，且每100ml H₂O₂加入300-500mg納米硅，然后攪拌使其充分活化，再經過濾、洗滌、真空干燥，制得活化納米硅；

B、Si@MOFs前軀體的制備，其為下列方法之一：

方法1：先將上步制得的活化納米硅超聲分散到有機溶劑中，且每100ml有機溶劑分散20-80mg活化納米硅，加入表面活性劑，再加入金屬鹽，充分攪拌后加入溶于有機溶劑的有機試劑，使金屬有機框架化合物MOFs在球形納米硅表面均勻生長，再經離心、洗滌、真空干燥，制得Si@MOFs前軀體，其中，金屬鹽采用鈷的硝酸鹽或氯化物，有機試劑采用2-甲基咪唑；且鈷元素與2-甲基咪唑的摩爾比為1:1-6；有機溶劑采用體積比為1:0.5-2的甲醇、乙醇混合溶液，金屬有機框架化合物MOFs在球形納米硅表面的生長條件為低溫攪拌法，反應溫度為50-100℃、反應時間為4-24h；制得的MOFs為ZIF-67，制得的Si@MOFs前軀體為Si@ZIF-67；

方法2：先將上步制得的活化納米硅超聲分散到有機溶劑中，且每100ml有機溶劑分散20-80mg活化納米硅，加入表面活性劑，再加入金屬鹽，充分攪拌后加入溶于有機溶劑的有機試劑，使金屬有機框架化合物MOFs在球形納米硅表面均勻生長，再經離心、洗滌、真空干燥，制得Si@MOFs前軀體，其中，金屬鹽采用鐵的硝酸鹽或氯化物，有機試劑采用對苯二甲酸，且鐵元素與對苯二甲酸的摩爾比為1:1-10；有機溶劑采用體積比為1:0.5-2的二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液；金屬有機框架化合物MOFs在球形納米硅表面的生長條件為溶劑熱法，反應溫度為100-180℃、反應時間為2-12h；制得的MOFs為MIL-88(Fe)，制得的Si@MOFs前軀體為Si@MIL-88(Fe)；

C、Si@C的制備：先將上步制得的Si@MOFs前軀體進行熱處理得到Si@C/M，然后用過量的稀鹽酸洗掉Si@C/M中的金屬納米顆粒M，得到Si@C鋰離子電池負極材料。

2.根據權利要求1所述的一種具有核殼結構的Si@C鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于，步驟A中所述超聲分散的功率為100W，時間為2-20min。

3.根據權利要求1或2所述的一種具有核殼結構的Si@C鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于，步驟A中所述攪拌的時間為0.5-3h。

4.根據權利要求1或2所述的一種具有核殼結構的Si@C鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于，步驟A中所述洗滌是先后采用去離子水和無水乙醇各洗三次。

5.根據權利要求1或2所述的一種具有核殼結構的Si@C鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于，步驟A中所述真空干燥的真空度為0.05-0.1MPa，溫度為55-60℃，時間為10-12h。

6.根據權利要求1所述的一種具有核殼結構的Si@C鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于，步驟B中所述的表面活性劑采用濃度為0.002-0.2mol·L^-1聚乙烯吡咯烷酮或十六烷基三甲基溴化銨。

7.根據權利要求1所述的一種具有核殼結構的Si@C鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于，步驟B中所述攪拌的時間為1-3h。

8.根據權利要求1所述的一種具有核殼結構的Si@C鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于，步驟B中所述的洗滌采用無水乙醇洗四至六次。

9.根據權利要求1所述的一種具有核殼結構的Si@C鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于，步驟B中所述真空干燥的真空度為0.05-0.1MPa，溫度為55-60℃，時間為10-12h。