[發明專利]一種摻磷多孔碳包覆氧化亞硅材料的制備方法及其產品

有效

• 申請號: 202111004806.4
• 申請日: 2021-08-30
• 公開（公告）號: CN113816384B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 崔大祥;王亞坤;張芳;顏雪冬;葛美英;盧玉英;王金;張放為;焦靖華
• 申請（專利權）人: 上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司;寧波維科電池有限公司;寧波職業技術學院
• 主分類號: C01B33/113
• 分類號: C01B33/113;C01B32/00;H01M4/38;H01M4/62;H01M4/48
• 代理公司: 上海東亞專利商標代理有限公司 31208
• 代理人: 董梅

本發明公開了一種磷摻雜多孔碳包覆氧化亞硅材料的制備方法及其產品，以植酸為碳源和磷源，對氧化亞硅進行包覆改性，最終得到一種以摻磷多孔碳為包覆層的核殼結構的復合材料。其中氧化亞硅的質量比為90%~97%，植酸的質量比為3%~10%。本發明公開的復合材料，不僅提高了氧化亞硅的導電性，還有效緩沖了氧化亞硅在充放電過程中的體積膨脹，改善了材料的穩定性和容量。

技術領域

本發明涉及一種磷摻雜的多孔碳包覆氧化亞硅材料的制備方法及其產品。

背景技術

便攜式電子設備、電動汽車和儲能系統對高比能量、高比功率、長壽命、低成本的二次電池需求已經越來越迫切。鋰離子電池由于其眾多的優點，成為二次能源領域備受關注的主角。

電池的性能主要取決于電極材料。Si基材料作為鋰離子電池負極材料，與鋰可形成Li?₂₂?Si_?5?合金，具有很高的質量比容量(最高達到4200mAhg^?-1?)，是現在普遍應用的石墨(372mAhg^?-1?)材料的十倍之多。并且其具有較低的脫嵌鋰電位(約0.1-0.3V?vs?Li/Li?⁺?)，與電解液的反應活性低，并且成本較低，可以提供很長的放電平臺等優點。但是，由于充電過程中Si材料會發生巨大的體積膨脹(約400％)，這將導致電極材料間及電極材料與集流體的分離，進而失去電接觸，從而造成容量迅速衰減，循環性能迅速惡化。由于硅基亞氧化物較高的比容量和良好的循環性能，近來受到廣泛關注和研究。但氧化亞硅電導率遠低于石墨，因此在大電流放電時，會有嚴重極化。

發明內容

本發明目的在于提供一種磷摻雜的多孔碳包覆氧化亞硅材料的制備方法。

本發明的再一目的在于：提供一種上述方法制備得到的磷摻雜多孔碳包覆氧化亞硅材料產品。

本發明目的提供下述方案實現：一種摻磷多孔碳包覆氧化亞硅材料的制備方法，其特征在于以植酸為碳源和磷源，對氧化亞硅進行包覆改性，最終得到一種以摻磷多孔碳為包覆層的核殼結構的復合材料，方法如下：

S1：將一定質量分數的植酸溶于去離子水，在可加熱的磁力攪拌器上，不斷攪拌的同時加入相應質量分數的氧化亞硅，開啟加熱繼續攪拌至溶液變粘稠，轉入烘箱繼續烘干；

S2：將烘干后的材料轉入管式爐，惰性氛圍下升溫至第一段溫度并保溫一定時間，繼續升溫至第二段溫度并保溫一定時間，自然冷卻至室溫，得到摻磷多孔碳包覆氧化亞硅材料。

S1中所述氧化亞硅粒徑D50約3~7μm。

S1中所述植酸質量分數為3%~10%，氧化亞硅的質量分數為90%~97%。

S1中所述加熱攪拌溫度為70~90℃，烘干溫度為80~90℃。

S2中所述升溫速率為1~5℃/min。

S2中所述第一段溫度為600~800℃，保溫時間2~5h。

S2中所述第二段溫度為850~1000℃，保溫時間1~2h。

本發明提供一種摻磷多孔碳包覆氧化亞硅材料，根據上述任一所述方法制備得到。

以植酸為碳源和磷源，對氧化亞硅進行包覆改性，最終得到一種以摻磷多孔碳為包覆層的核殼結構的復合材料，不僅提高了氧化亞硅的的導電性，還有效緩沖了氧化亞硅在充放電過程中的體積膨脹，改善了材料的穩定性和容量。

附圖說明

圖1是實施例1中得到的摻磷多孔碳包覆氧化亞硅材料的首效性能圖；

圖2是實施例1中得到的摻磷多孔碳包覆氧化亞硅材料的SEM圖。

具體實施方式