[發明專利]一種中空結構緊密結合型高性能硅/石墨化碳復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010128669.4
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111313029A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 王志國;鄭彪;喻鵬;劉輝;武芳芳;張純;羅華云
• 申請（專利權）人: 湖南農業大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 北京天盾知識產權代理有限公司 11421
• 代理人: 李瓊芳;肖小龍

1.一種中空結構緊密結合型高性能硅/石墨化碳復合材料，其特征在于，包括由硅顆粒構成的內層以及由石墨化碳材料構成的外層，內外層之間結合緊密且具有一定的間隙，形成中空結構。

2.如權利要求1所述中空結構緊密結合型高性能硅/石墨化碳復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）將二氧化硅與金屬鎂粉均勻混合；

（2）將步驟（1）所得的混合物裝入反應器中，反應器置于氣氛爐中，通入二氧化碳氣體，并在控制流量的條件下進行鎂熱還原，然后冷卻至室溫，得到固體產物；

（3）將步驟（2）所得固體產物經鹽酸和氫氟酸分別酸洗、水洗、過濾、干燥，即得中空結構緊密結合型高性能硅/石墨化碳復合材料。

3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟（1）中所述二氧化硅來源于硅藻土、生物質源材料或者用化學方法合成，其中生物質源材料為稻殼或秸稈。

4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，二氧化硅與金屬鎂粉的質量比為1:1-1:10。

5.如權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟（2）中所述反應器為敞開或半封閉的容器，材質為剛玉或不銹鋼。

6.如權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟（2）中二氧化碳氣氛中二氧化碳含量為98%以上，反應過程中控制流量為50-800mL/min。

7.如權利要求5或6所述的方法，其特征在于，步驟（2）中鎂熱還原反應條件：反應溫度為600-750℃，反應時間為1-15小時，升溫速率為1-10℃/min。

8.如權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟（3）中所述鹽酸摩爾濃度為0.5-5mol/L，酸洗時間為2-8小時；氫氟酸質量百分比濃度為1-20%，酸洗時間為0.1-2小時。

9.如權利要求1所述的中空結構緊密結合型高性能硅/石墨化碳復合材料的應用，其在鋰離子電池中作為負極材料使用。