[發明專利]一種三維多孔的鋰離子電池用二氧化硅負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 202110659562.7
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113401908B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 陳子昂;俞思涵;曹江行;蔣洪敏;馬廷麗
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12;C01B32/05;C01B32/90;C01B32/921;H01M4/48;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種三維多孔的鋰離子電池用二氧化硅負極材料的制備方法；通過金屬骨架化合物擴大二維材料的層間距；再通過鹽水解制備氫氧化物，再高溫處理，通過碳與金屬氧化物反應，獲得三維多孔結構；并通過三維多孔的Mxene為載體，調控二氧化硅的沉積；獲得三維多孔的鋰離子電池用二氧化硅負極材料。該二氧化硅負極材料具有很好的電化學性能，在鋰離子電池領域具有很好的應用前景。

技術領域

本發明專利涉及一種電極材料，具體涉及一種三維多孔的鋰離子電池用二氧化硅負極材料的制備方法。

背景技術

SiO₂具有理論比容量高(約2600mAh g^-1)、放電電壓低等優點，在鋰離子電池方面具有很好的應用前景。與硅負極相同，SiO₂也存在導電性差、在充放電過程中體積膨脹問題。采用高導電性、比表面積大的碳材料、導電聚合物等與SiO₂復合，是提高SiO₂電化學性能的有效途徑。王建平等[王建平,田文懷,楊道均,等.硅/碳復合材料的高溫熱解法制備及其電化學性能.工程科學學報,2015(08):1044-1048.]采用高溫熱解的方法制備SiO₂/碳復合材料；該材料在0.2mA cm²的電流密度下首次充電容量768mAh g^-1，庫侖效率為75.6％，70次循環后可逆比容量為529mAh g^-1，平均衰減率為0.4％。任玉榮等[任玉榮,魏恒馬,黃小兵.SiO₂/C復合負極材料的制備及其性能.中國科學:化學,2015(7):733-739.]用聚苯胺包覆納米SiO₂，經過高溫炭化制備了SiO₂/C納米復合材料；電化學測試結果表明，在50mAg^-1電流密度下首次放電比容量達到830.5mAh g^-1，經100次循環放電比容量為510mAh g^-1，庫侖效率保持在98.0％以上。

MXene是一種擁有超薄的厚度，大的表面積的新興二維材料。由于其具有高的電子電導率和離子擴散速率而在電化學儲能領域受到越來越多的關注。Zhang F等[Zhang F,Jia Z,Wang C,et al.Sandwich-like silicon/Ti3C2 MXene composite byelectrostatic self-assembly for high performance lithium ionbattery.Energy.2020.117047.]采用靜電自組裝方法制備了夾心的硅/MXene復合材料，該復合材料擁有良好的循環性能和電化學容量，在300mA g^-1的電流密度下可提供1067.6mAhg^-1的初始可逆比容量，經過100次循環仍然有643.8mAh g^-1的比容量。Zhao Q等[Zhao Q,Zhu Q,Miao J,et al.Flexible 3D Porous MXene Foam for High-PerformanceLithium-Ion Batteries.Small,2019,15(51):1904293.]通過簡單的硫模板方法制備了具有發達的多孔結構的MXene。這種柔軟多孔的MXene在50mA g^-1的電流密度下比容量達到456mAh g^-1；在1A g^-1的電流密度下，經過3500次循環比容量仍有220mAh g^-1；在18A g^-1的電流密度下比容量為101mAh g^-1。但至今，尚未有文獻報道SiO₂/Mxene復合材料在鋰離子電池負極材料中的應用。

發明內容

針對現有技術方案的缺陷，本發明的目的是提供一種三維多孔的鋰離子電池用二氧化硅負極材料的制備方法，克服現有制備技術的缺陷，提高二氧化硅的電化學性能。

為實現上述發明目的，本發明的技術方案是：一種三維多孔的鋰離子電池用二氧化硅負極材料的制備方法，包括：