[發(fā)明專利]一種空心珠狀納米硅碳復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710842125.2
• 申請(qǐng)日: 2017-09-18
• 公開（公告）號(hào): CN107623115A
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝健;孫云坡;霍瑛;曹高劭;趙新兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司33224
• 代理人: 朱朦琪

1.一種空心珠狀納米硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)將三價(jià)可溶性鐵鹽、磷酸二氫銨與去離子水混合，經(jīng)水熱反應(yīng)后得到空心珠狀Fe₂O₃顆粒；

2)將步驟1)制備的空心珠狀Fe₂O₃顆粒置于聚乙烯吡咯烷酮/正丁醇溶液中，經(jīng)處理后得到聚乙烯吡咯烷酮修飾的Fe₂O₃顆粒；

3)將步驟2)制備的聚乙烯吡咯烷酮修飾的Fe₂O₃顆粒與乙醇混合，得到溶液A，將濃氨水、去離子水混合得到溶液B，將溶液A與溶液B混合，得到混合溶液；

4)將正硅酸乙酯逐滴、分批加入到步驟3)制備的混合溶液中，經(jīng)水解反應(yīng)后得到SiO₂包覆的Fe₂O₃，再經(jīng)酸刻蝕除去Fe₂O₃，得到空心珠狀SiO₂；

5)將步驟4)制備的空心珠狀SiO₂與鎂粉、無(wú)機(jī)鹽混合，經(jīng)鎂熱還原反應(yīng)及后處理得到空心珠狀Si顆粒；

6)將步驟5)制備的空心珠狀Si顆粒置于N₂/C₂H₂氣氛下，經(jīng)CVD法進(jìn)行表面碳包覆，得到所述的空心珠狀納米硅碳復(fù)合材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心珠狀納米硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟1)中：

所述的三價(jià)可溶性鐵鹽選自氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵中的至少一種；

混合后的溶液中，所述的三價(jià)可溶性鐵鹽的濃度為0.01～0.05mol/L，磷酸二氫銨與Fe³⁺的摩爾比為0.04～0.07:1；

所述的水熱反應(yīng)的溫度為200～250℃，時(shí)間為36～60h。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心珠狀納米硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟2)中：

所述的聚乙烯吡咯烷酮/正丁醇溶液的濃度為0.001～0.01mol/L，珠狀Fe₂O₃顆粒與聚乙烯吡咯烷酮的摩爾比為1:20～50；

所述的處理包括超聲、攪拌、靜置和離心分離。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心珠狀納米硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟3)中：

所述的溶液A中，固液比為1～2g/L；

所述的溶液B中，濃氨水與去離子水的體積比為1:2～10；

所述的溶液B和溶液A的體積比為1:2～10。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心珠狀納米硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟4)中：

所述的正硅酸乙酯分3～5批加入混合溶液中，每批加料間隔10～30min；加入的正硅酸乙酯的總體積與混合溶液中溶液A的體積比為1:200～2000。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心珠狀納米硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟5)中：

所述的無(wú)機(jī)鹽選自鹵素的鈉鹽和/或鹵素的鉀鹽；

所述的空心珠狀SiO₂、鎂粉與無(wú)機(jī)鹽的摩爾比為1:2.05～2.5:4～10；

所述的鎂熱還原反應(yīng)的溫度為650～750℃，時(shí)間為2～8h。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的空心珠狀納米硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的無(wú)機(jī)鹽選自氯化鈉和氯化鉀。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心珠狀納米硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟6)中：

所述的N₂/C₂H₂氣氛中，兩者體積比為1:1；

所述的表面碳包覆的溫度為800～1000℃，時(shí)間為10～30min。

9.根據(jù)權(quán)利要求1～8任一所述的方法制備的空心珠狀納米硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述的復(fù)合材料呈現(xiàn)珠狀的空心結(jié)構(gòu)，珠狀空心結(jié)構(gòu)的內(nèi)外壁均被碳層均勻包覆，尺寸為100～200nm，壁厚為20～40nm；

所述的復(fù)合材料中碳含量為20～40％。

10.一種根據(jù)權(quán)利要求9所述的空心珠狀納米硅碳復(fù)合材料在鋰離子電池中的應(yīng)用。