[发明专利]一种多孔单质硅的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及电池材料技术领域，具体涉及一种多孔单质硅的制备方法。

背景技术：

目前，随着可移动电子设备对高容量、长寿命电池需求的日益增长，人 们对锂离子电池的性能提出了更高的要求。锂离子电池容量偏低已成为制约 电池工业发展的一个瓶颈，寻找更高比容量的负极材料已成为电池材料领域 的一个重要发展方向。目前商业化负极材料是碳，自锂离子电池商业化以来， 碳材料的研究获得了长足的进步，已经接近372mAh/g的理论值，很难再有提 升的空间。因而寻找替代碳的负极材料成为一个重要的发展方向。在众多可 选择的负极材料中，硅因其具有较高的比容量(理论值：4200mAh/g)及较 低的脱嵌锂电压而备受瞩目。

但是因为单质硅会在充放电过程中体积变化高于300％，并产生粉化料现 象，导致容量迅速降低，电池内阻突然增大，从而限制了其在锂离子电池领 域的应用。多孔单质硅内部具有孔道结构，相对于同粒径的实心单质硅来说， 据有较高的比表面积，密度较低。内部的空间可以用于减轻单质硅在充放电 过程中体积膨胀。

生产多孔单质硅对于锂电池负极材料具有非常重要的意义，传统制备多 孔单质硅的方法有阳极腐蚀法、染色腐蚀、火花放电法、水热腐蚀法、脉冲 腐蚀法等。这些方法制备的多孔单质硅表面腐蚀的孔径较小，几个纳米到十 几纳米之间，而且腐蚀孔的纵向深度较低，满足不了锂电负极材料的要求。 利用镁热反应将芦苇，稻草，硅球藻等中的二氧化硅还原成多孔单质硅，在 电化学循环性能上面取得了不错的效果，但是芦苇、稻草等这些废弃物所含 杂质较多，尤其是无机盐、无定形碳等，量产时难以除去。气凝胶等制备的 纳米单质硅，虽然具有多孔结构，但壁厚有限，在实际应用中容易坍塌。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种还原充分、工艺过程简单且具 有弯曲孔道结构的多孔单质硅的制备方法。

本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

一种多孔单质硅的制备方法，以软硅为原料，镁粉为还原剂，在惰性环 境中还原得到多孔单质硅；

所述软硅粒径为1-10um，比表面积为180-230m²/g且具有多孔中空结构。

所述多孔单质硅粒径为1-10um，壁厚为50-150nm。

一种多孔单质硅的制备方法，具体步骤为：先将软硅和镁粉混合均匀， 再将混合物加入带盖铁坩埚内，然后将坩埚置于氩气保护的气氛炉中，于 600-700℃、分阶段保温2-7h，最后经盐酸侵蚀即得多孔单质硅。

本发明工作原理：

以粒径在1-10um，比表面积为180-230m²/g且具有多孔中空结构的软硅为 原料，采用分温区保温镁热还原法，将多孔硅和镁粉混合均匀，置于气氛炉 中煅烧，调节煅烧温度，分段加热，使微球中的单质硅充分还原。该工艺过 程简单、易于操作控制，所制备的单质硅具有弯曲的孔道结构。

本发明的有益效果是：本发明以粒径在1-10um，比表面积为180-230m²/g 且具有多孔中空结构的软硅为原料，其外形为椭球形，相对于使用实心二氧 化硅球来说，软硅与镁反应时，镁可以很容易进入到多孔二氧化硅的内部， 并且采用分温区加热，使反应更加均匀，相对于气凝胶来说，多孔硅结构保 存的更加完好和稳定，多孔硅的壁厚能保持在100nm以上。

附图说明：

图1为原料软硅的SEM形貌图；

图2为以30.48g软硅和25.46g镁粉为原料，在600℃下保温1h，620℃保温 2h,650℃保温2h后的样品，经过酸洗制备得到的多孔硅SEM形貌图；

图3为以61.04g软硅和52.39g为原料，在650℃下保温4h后的样品，经过 酸洗制备得到的多孔硅SEM形貌图；

图4为以167.82g软硅和142.56g镁粉为原料，在600℃下保温1h，620℃保 温2h,650℃保温3h后的样品，经过酸洗制备得到的多孔硅SEM形貌图；

图5为以110.39g软硅和93.77g镁粉为原料，650℃保温6h后的样品，经过 酸洗制备得到的多孔硅SEM形貌图。

具体实施方式：