[發明專利]一種碳納米層包覆硅負極材料及其制備和應用

有效

• 申請號: 201711339205.2
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN109962214B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 王素力;戚甫來;孫公權
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一種碳硅復合負極材料，其特征在于：由硅納米粒子嵌于碳納米層中構成，所述硅納米粒子的質量含量為20-80%，硅納米粒子的粒徑為10-100nm；

所述碳硅復合負極材料的制備方法，包括如下步驟，

（1）將多元醇和無機酸攪拌均勻后并加熱抽真空使其發生酯化反應，將含氨基化合物的分散液加入所得酯化反應產物中，再次混合均勻后加熱使其發生成鹽反應，得到碳前體懸浮液，干燥獲得碳前體；

（2）將步驟（1）所得碳前體與納米氧化硅混合均勻；

（3）將步驟（2）所得的混合物在惰性氣氛下高溫碳化并鎂熱還原即得碳硅負極。

2.一種權利要求1所述碳硅復合負極材料的制備方法，其特征在于：

包括如下步驟，

（1）將多元醇和無機酸攪拌均勻后并加熱抽真空使其發生酯化反應，將含氨基化合物的分散液加入所得酯化反應產物中，再次混合均勻后加熱使其發生成鹽反應，得到碳前體懸浮液，干燥獲得碳前體；

（2）將步驟（1）所得碳前體與納米氧化硅混合均勻；

（3）將步驟（2）所得的混合物在惰性氣氛下高溫碳化并鎂熱還原即得碳硅負極。

3.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于：

步驟(1)中所述多元醇與無機酸的物質的量的比為2:1-1:8；所述無機酸與氨基化合物的物質的量的比為5:1-1:5；

步驟(1)中所述含氨基化合物的分散液采用的溶劑為水、甲醇、乙醇、乙二醇或兩種及兩種以上的混合液；所述多元醇為季戊四醇、木糖醇、山梨醇中一種或兩種以上；所述無機酸為硼酸、磷酸、硫酸、硝酸中一種或兩種以上；所述氨基化合物為尿素、三聚氰胺、氰胺、氨基酸中一種或兩種以上；

所述含氨基化合物的分散液質量濃度為3-50%。

4.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于：步驟(1) 中所述酯化反應的條件為于70-200℃下反應0.5-5h；真空度為0.03-0.2Mpa，所述成鹽反應條件為30-150℃溫度下反應2-24h。

5.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于：步驟(2)中所述納米氧化硅為10nm-100nm的氧化硅球、MCM-41、SBA-15中的一種或兩種以上；

步驟(2)中所述納米氧化硅與碳前體的質量比為1:50-1:10。

6.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于：步驟(3)中所述碳化處理條件為：從室溫升溫至300-600℃并保持0.5-3h，繼續升高溫度至700-1100℃，保持此溫度0.5-3h，冷卻至室溫。

7.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于：

步驟(3)中所述碳化處理過程的以升溫速率為2-10℃/min；

步驟(3)中所述惰性氣氛氣體為氮氣、氬氣中一種或兩種的混合氣。

8.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于：

步驟（3）中所述鎂熱還原步驟中鎂粉與碳化后的碳硅復合物質量比1:2-5:1，從室溫升溫至500-700℃并保持2-20h，升溫速率為2-10℃/min，鎂熱還原后冷卻至室溫，鎂熱還原的氣氛為氫氣、氬氣中一種或兩種的混合氣。

9.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于：將所得產物用鹽酸浸泡洗滌、干燥即可的碳硅復合負極材料； 所用鹽酸摩爾濃度為0.2-2 mol/L。

10.一種權利要求1所述碳硅復合負極材料應用，其特征在于：所述碳硅負極為鋰離子電池負極。