[發明專利]一種碳納米片包覆納米硅復合材料的原位制備方法

有效

• 申請號: 201810049060.0
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108206270B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 朱聰旭;陳超;岳紅偉;李婷婷;楊曉剛;武璽旺;鐵偉偉;高遠浩;鄭直
• 申請（專利權）人: 許昌學院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 韓曉娟

本發明公開了一種碳納米片包覆納米硅復合材料的原位制備方法，屬于納米材料制備技術領域。該方法包括：將鎂粉、納米氧化硅以及無機鹽按照一定比例混合后采用干壓成型工藝壓制成片狀，然后將片狀材料于二氧化碳氛圍下在管式爐中高溫煅燒，煅燒完成后分別在鹽酸溶液和氫氟酸溶液中進行一次酸洗和二次酸洗，離心清洗至中性，最后真空干燥得到碳納米片包覆納米硅復合材料。本發明提供的原位制備方法操作簡單，條件溫和，在相對較低的溫度下利用簡單設備實現了碳納米片包覆納米硅復合材料的制備，安全環保，有效降低了碳改性納米硅復合材料的制備成本。

技術領域

本發明涉及納米材料制備技術領域，具體為一種碳納米片包覆納米硅復合材料的原位制備方法。

背景技術

當今社會，伴隨著經濟的高速發展，能源危機和環境問題日益加劇。鋰離子電池因其具有能量密度高、功率密度高、循環壽命長、無記憶效應、自放電率低、工作溫度范圍寬、安全可靠以及環境友好等優點而被廣泛應用在純電動汽車、混合動力汽車以及儲能等領域。其中硅作為負極材料因其較高的理論比容量、低的脫鋰電位以及環境友好、儲量豐富而引起大家的廣泛關注。但是硅基負極材料在使用中仍存在關鍵致命缺點：硅材料在充放電過程中反復膨脹收縮，導致循環性能極差。為了解決這個問題，目前研究者主要從制備納米級的硅材料及其進行碳包覆或者氧化鈦包覆。

對于制備碳包覆的納米硅復合材料方面，由于作為新型碳納米材料的石墨烯具有優異的電學、力學性能，高的理論比表面積，所以研究者多是將石墨烯與納米硅直接復合或者采用氣相裂解技術對納米硅進行碳包覆，其中氣相裂解法采用甲烷或者乙炔作為碳源，成本較高，且容易發生爆炸，不安全。

發明內容

為了解決現有技術中存在的不足，本發明提供一種碳納米片包覆納米硅復合材料的原位制備方法，方法溫和，工藝簡單，安全環保，有效降低了碳改性納米硅復合材料的制備成本。

本發明提供的一種碳納米片包覆納米硅復合材料的原位制備方法，包括以下步驟：

S1、按照4～12：1：1～8的物質的量之比稱量鎂粉、納米氧化硅以及無機鹽并混合均勻，將混合物采用干壓成型工藝壓制成片狀；

S2、將S1得到的片狀材料于二氧化碳氛圍下在管式爐中進行煅燒，按照 3～5℃/min的速率升溫至650～720℃并保溫120～360min，煅燒完成后冷卻得到碳納米片包覆納米硅粗品；

S3、將S2得到的碳納米片包覆納米硅粗品首先進行30～60min的一次酸洗，用去離子水離心清洗至中性，然后進行15～30min的二次酸洗，用去離子水離心清洗至中性，最后將離心產物于60～90℃下進行真空干燥，干燥時間為 6～24h，得到純化的碳納米片包覆納米硅的復合材料。

優選的，S1中鎂粉的粒徑為10～70μm，納米氧化硅的粒徑為40～80nm。

優選的，S1無機鹽為氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣以及氯化鎂中的一種或者多種。

優選的，S1中干壓成型工藝的壓力為15～25MPa。

優選的，S2煅燒過程中二氧化碳氣體的流量為10～30mL/min。

優選的，S3中一次酸洗采用體積分數為20％～30％的鹽酸溶液，二次酸洗采用體積分數為5％～10％的氫氟酸溶液。

優選的，離心清洗時設定的轉速為8000～10000r/min。

與現有技術相比，本發明的制備方法具有以下有益效果：本發明通過原位制備的方法得到碳納米片包覆納米硅的復合材料，采用納米氧化硅為硅源，二氧化碳為碳源，鎂為還原劑，無機鹽作為硬模板，通過高溫原位還原，納米氧化硅被還原為硅，多余的鎂還原二氧化碳為碳，且在無機鹽硬模板表面沉積為碳納米片。該方法成本低廉，條件溫和，安全環保，有效解決了現有的氣相裂解法存在的易爆炸不安全以及環境污染等問題。

附圖說明