[發明專利]一種微米級片層狀Si/SiO2

在審

• 申請號: 202111447558.0
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN114142016A
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 郭守武;高生輝;張利鋒;阮歡;高春云;王亞軍;高峰;郝巧娥;王鳳
• 申請（專利權）人: 陜西榆能集團能源化工研究院有限公司;陜西科技大學
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/36;H01M10/0525
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 崔方方

本發明公開了一種微米級片層狀Si/SiO₂復合材料、制備方法及其應用，屬于微納米材料合成領域。本發明所使用的含硅物質為廉價易得的工業級硅源，將其按比例與氯化鈉和鎂粉混合，加入適量無水乙醇后研磨，真空干燥后得到前驅體。前驅體在500～700℃下煅燒后進行酸處理，洗滌、干燥后得到微米級片層狀Si/SiO₂復合材料。本發明原料價格低廉，工藝設備簡單，整體能耗較低，適合工業化生產。本發明的制備方法，通過改變反應參數可以對Si/SiO₂復合材料的組分比例進行調控，制備出的Si/SiO₂復合材料形貌特征鮮明，呈微米級片層狀。作為電池負極材料，具有較好的電化學性能。

技術領域

本發明屬于微納米材料合成領域，尤其是一種微米級片層狀Si/SiO₂復合材料、制備方法及其應用。

背景技術

硅基負極材料具有較高的理論比容量，是目前最有應用前景的鋰離子電池負極材料之一。但是硅鋰合金較大的體積變化導致電極材料結構易破壞，電池容量快速衰減。目前的主要解決方法，包括摻雜和碳材料復合，另外，硅的納米化可以減小電極材料體積變化產生的應力破壞，也是一種有效的改進方法。

如中國專利CN201910071365.6將磷源加入納米硅乙醇漿料中，750～1050℃煅燒后用濃度為5wt％的氫氟酸溶液刻蝕，制得磷摻雜納米硅鋰離子電池負極材料。中國專利CN201910692144.0用含氟包覆劑、含碳有機物對硅負極材料進行包覆，煅燒后制備出氟摻雜硅碳負極材料。對于硅負極材料的納米化，如中國專利CN201811487505.X將導電薄膜材料，按照使用的等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)設備的載具尺寸進行裁切作為襯底材料，接著對襯底進行氫等離子轟擊清洗，通入氫氣、硅烷等工藝氣體，在銅箔襯底上沉積制備200～1000nm厚度的初晶態納米硅負極材料。作為鋰離子電池的負極材料，與傳統的石墨負極相比，可以大幅度提高鋰離子電池負極的質量比容量等電化學性能指標。中國專利CN201910502577.5采用合金快速凝固的方法，先取純鋁與純硅混合熔煉成鋁硅合金錠子，再將鋁硅合金錠去除氧化層后吸鑄成型，然后將合金材料用酸攪拌腐蝕去除合金化，得到硅納米顆粒。上述公開的硅基負極材料雖然在提高鋰離子電池電化學性能等方面有一定的改進，但是所用原料、設備均比較昂貴，制備工藝比較復雜，導致產品整體成本較大，不利于工業化生產。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種微米級片層狀Si/SiO₂復合材料、制備方法及其應用。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種微米級片層狀Si/SiO₂復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將硅源、氯化銨和鋁粉混合，加入無水乙醇后研磨，干燥后得到前驅體；

2)將前驅體在500～700℃下進行煅燒，煅燒氣氛為氬氣或氮氣，煅燒0.5～1小時，酸洗，水洗、真空干燥；

3)將干燥產物用質量分數為2％的氫氟酸進行二次處理，洗滌、干燥后得到微米級片層狀Si/SiO₂復合材料。

進一步的，在步驟1)中，硅源為工業級高嶺土。

進一步的，在步驟1)中，硅源、氯化銨和鋁粉的質量比為1:(1～3):(1～3)。

進一步的，所述步驟1)中，無水乙醇的加入量為每1.0g的硅源對應5～10mL。

進一步的，所述步驟1)中，研磨時間為0.1～0.5小時。

進一步的，所述步驟3)中，二次酸處理時間為0.1～1小時。

本發明所述方法制備得到的微米級片層狀Si/SiO₂復合材料。