[發(fā)明專利]一種具有核殼結(jié)構(gòu)的氮摻雜硅炭復(fù)合材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210059421.6
• 申請日: 2022-01-19
• 公開（公告）號: CN114420910A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉海燕;邢濤;劉濤;楊貴州;王洪記;夏水林;張奎同;王雯雯;苗陽;李智
• 申請（專利權(quán)）人: 山東能源集團(tuán)有限公司;兗礦化工有限公司兗礦新能源研發(fā)創(chuàng)新中心
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 豆貝貝

本發(fā)明提供了一種具有核殼結(jié)構(gòu)的氮摻雜硅炭復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明提供的制備方法，先將苯胺單體、納米硅粉分散到酸液中，再與過氧化氫溶液和引發(fā)劑溶液混合進(jìn)行水熱反應(yīng)，形成聚苯胺包覆的納米硅材料，最后再進(jìn)行炭化處理，得到具有核殼結(jié)構(gòu)的聚苯胺包覆的納米硅材料。本發(fā)明通過一步水熱反應(yīng)和一步炭化即可，無需多個復(fù)雜繁瑣步驟，而且不需要模板劑或刻蝕劑來輔助形成核殼，且條件溫和，大大簡化了制備過程和操作難度，降低了制備成本，且由于未使用模板劑或刻蝕劑從而避免了對這些試劑的后期處理；而且，本發(fā)明的制備方法，還能夠保證材料的電化學(xué)性能，使材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)儲能性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)材料領(lǐng)域，特別涉及一種具有核殼結(jié)構(gòu)的氮摻雜硅炭復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池作為一種儲能材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，隨著對鋰離子電池性能要求的不斷提高，高容量的電極材料已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。硅材料室溫下的理論嵌鋰容量為3580mAh/g，約是傳統(tǒng)石墨材料的十倍，是最具有潛力的下一代鋰離子電池負(fù)極材料。但是，硅存在嚴(yán)重的體積膨脹，會造成容量迅速衰減，所以實(shí)現(xiàn)硅負(fù)極的商業(yè)化仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

將硅與炭材料復(fù)合，有利于改善材料的電化學(xué)性能。氮摻雜可以提高炭材料的導(dǎo)電性，含氮聚合物可以通過控制合成條件獲得不同微觀結(jié)構(gòu)的材料，是一種良好的制備氮摻雜碳基材料的原料。如申請?zhí)朇N201810119502的中國專利申請，采用聚苯胺為原料制備了一種氮摻雜硅基負(fù)極材料，有效的提高的材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。如申請?zhí)朇N201710323485的中國專利申請公開了一種氮摻雜硅炭復(fù)合負(fù)極材料制備方法，先通過溶膠凝膠法在納米Si表面包覆一層SiO2，得到Si@SiO2，然后再通過反相懸浮聚合，利用聚丙烯酰胺包覆Si@SiO2，高溫活化后利用HF刻蝕SiO2，得到氮摻雜硅炭復(fù)合負(fù)極材料。

然而，常見的氮摻雜硅炭復(fù)合材料制備方法都要分多步進(jìn)行，制備條件苛刻，需要模板劑或者刻蝕劑來輔助形成核殼，而這些試劑需要進(jìn)行后期處理，進(jìn)一步增加了制備成本和復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有核殼結(jié)構(gòu)的氮摻雜硅炭復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明提供的制備方法能夠獲得核殼結(jié)構(gòu)的氮摻雜硅炭復(fù)合材料，而且能夠大大簡化過程，降低制備成本，并保證材料的電化學(xué)性能。

本發(fā)明提供了一種具有核殼結(jié)構(gòu)的氮摻雜硅炭復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

a)將苯胺單體、納米硅粉分散到酸液中，得到分散液；

b)將所述分散液、過氧化氫溶液和引發(fā)劑溶液混合進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行固液分離和干燥，得到聚苯胺包覆的納米硅材料；

c)在保護(hù)性氣氛下，對所述聚苯胺包覆的納米硅材料進(jìn)行炭化處理，得到具有核殼結(jié)構(gòu)的氮摻雜硅炭復(fù)合材料。

優(yōu)選的，所述步驟a)中，所述苯胺單體∶納米硅粉的用量比為(0.5～10)mL∶(0.1～10)g；

所述酸液的濃度為0.2M。

優(yōu)選的，所述納米硅粉的粒度為50～500nm。

優(yōu)選的，所述酸液選自硫酸液、磷酸液和硝酸液中的一種或幾種。

優(yōu)選的，所述步驟b)中的過氧化氫溶液∶步驟a)中納米硅粉的用量比為(0.5～10)mL∶(0.1～10)g；

所述過氧化氫溶液的質(zhì)量百分濃度為30％。

優(yōu)選的，所述引發(fā)劑溶液中的引發(fā)劑∶步驟a)中苯胺單體的摩爾比為1∶(0.5～3)。

優(yōu)選的，所述引發(fā)劑溶液中的引發(fā)劑選自過硫酸鹽、重鉻酸鹽和三氯化鐵中的一種或幾種；

所述引發(fā)劑溶液的濃度為0.15～0.60M。