[發明專利]一種有序介孔硅碳復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 202011344104.6
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112479177A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 張元春;高偉偉;李明鈞;周建中;孫偉;周步清;毛鷗
• 申請（專利權）人: 天能帥福得能源股份有限公司
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;C01B33/021;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 南昌合達信知識產權代理事務所(普通合伙) 36142
• 代理人: 陳龍

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種有序介孔硅碳復合材料的制備方法，其利用分子篩的介孔結構反向復制得到的，模板中的介孔碳結構有序穩定，與壁緊密結合，有序的碳材料又有很好的導電活性，如果將含有硅的模板進行還原得到由有序的介孔碳夾著的硅碳復合材料，這樣的材料既可以有效的解決循環過程中硅的體積膨脹導致結構崩塌粉化的問題，又可以利用導電性好的多孔碳材料解決硅材料電傳導性差的缺點，還可以阻止硅顆粒在循環過程中團聚造成容量損失；因此，有序介孔硅碳復合材料負極表現出優異的循環性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種有序介孔硅碳復合材料的制備方法。

背景技術

隨著新能源汽車、先進消費電子、大規模儲能等領域的快速發展，對鋰離子電池的能量密度要求日益提高，提高電池的能量密度，不僅有利于提高電動汽車的續航里程，同時還可以顯著降低電池的成本，目前正極材料NCM811和NCA材料技術已經比較成熟，但是對應的負極材料商業化的石墨負極材料由于低的克容量已經無法滿足現在高比能電池的需求，因此急需開發高克容量的負極材料。

而硅基材料具有4200mAh/g的高克容量因此引起廣大材料廠商的關注和研究，但是單純硅材料因循環過程中體積膨脹大，導致活性材料粉化從集流體上脫落，容量快速衰減；同時硅本身是半導體材料，導電性差，故很難商業化。

基于硅材料以上的一些缺陷，目前大部分材料廠家將氧化亞硅和納米硅分別與石墨簡單的物理復合進行使用，但是材料性能較差，無法保證電池長壽命循環。

發明內容

為了克服上述技術缺陷，本發明的目的是提供一種制作簡單，導電性強，循環性好，可以保證電池使用壽命的有序介孔硅碳復合材料的制備方法。

為實現上述目的，本發明通過以下技術方案予以實現：

一種有序介孔硅碳復合材料的制備方法，包括如下步驟：

(Ⅰ)有序介孔分子篩的制備；

(Ⅱ)有序含硅介孔碳的制備：

以步驟(Ⅰ)中制備的有序介孔分子篩為模板，反向復制介孔碳，將碳源和濃硫酸進行混合，再加入去離子水制成溶液，將脫模板后的有序介孔分子篩加入到比例溶液中；

然后將其放入烘箱中加熱碳化；

最后將基碳放入管式爐中加熱，使其完全碳化，得到有序含硅介孔碳；

(Ⅲ)鎂熱還原反應：

按質量比為1:1稱取步驟(Ⅱ)中得到的有序含硅介孔碳和鎂帶，將有序含硅介孔碳放入到真空的容器中；

然后對其加熱去水分處理，接著將稱量好的鎂帶加入到容器中，繼續保持加熱處理，在真空環境下進行鎂熱還原反應得到樣品；

再將得到的樣品加入到乙醇鹽酸溶液中浸泡，之后離心洗滌，最后干燥即可得到有序介孔硅碳復合材料。

進一步的，所述碳源為蔗糖或者葡萄糖。

進一步的，所述碳源和濃硫酸的質量比為1-1.5:0.1-0.2。

進一步的，所述去離子水的體積為3-5ml。

進一步的，所述烘箱的溫度為150-200℃。

進一步的，所述管式爐的溫度為700-900℃。

進一步的，所述容器的氣壓1Pa。

進一步的，所述乙醇鹽酸溶液的溶度為0.05-0.15mol/L。