[发明专利]一种锂离子电池硅掺杂碳多孔复合薄膜及其制备方法

权利要求书

1.一种锂离子电池硅掺杂碳多孔复合薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1）将3~25质量份单质硅在400~800℃下热处理，得到氧化的单质硅；

2）将氧化的单质硅加入到30~60质量份无水乙醇中，超声分散，加入3~10质量份去离子水和0.1~0.8质量份有机硅氧烷，加热到40~70°C，反应4~8h，离心、干燥得到改性单质硅；所述的有机硅氧烷为十六烷基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-巯丙基三甲氧基硅烷的一种或者多种；所述的单质硅为30nm、50nm、80nm和100nm的单体硅的一种或者多种；

3）将6~30质量份碳基聚合物加到有机溶剂中，60~100℃加热0.5~3.5h，混合溶液呈澄清粘稠状态，加入0.1~25质量份发泡制孔剂和步骤2）得到的改性单质硅，反应6~10h，制成均一的混合溶液，将均一的混合溶液涂成薄膜，干燥，得到硅掺杂碳复合薄膜；所述碳基聚合物为聚丙烯腈、酚醛树脂、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、石油沥青和聚苯胺的一种或者多种；所述发泡制孔剂为苯甲酸、三聚氰胺、乙酰丙酮铝、聚乙二醇、氯化铝、对苯二甲酸丙氨酸和偶氮二甲酰胺的一种或者多种；所述的有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、甲苯、四氢呋喃、乙醚、N，N-二甲基乙酰胺、环丁砜、丙酮、二甲基亚砜和N-甲基吡咯烷酮的一种或者多种；

4）将硅掺杂碳复合薄膜放置于开启式真空/气氛管式电炉；然后在通保护气体下加热到600~1000℃进行高温碳热解和发泡制孔剂升华，向开启式真空/气氛管式电炉通入碳氢化合物气体，调节保护气体和碳氢化合物气体流量比为1.2~6，通入碳氢化合物气体1~10min后关闭，得到锂离子电池硅掺杂碳多孔复合薄膜。

2.根据权利要求1所述锂离子电池硅掺杂碳多孔复合薄膜的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂的用量为50~90质量份。

3.根据权利要求1所述锂离子电池硅掺杂碳多孔复合薄膜的制备方法，其特征在于：所述的保护气体为氮气、氩气、氦气、氖气和氪气的一种或者多种；所述的碳氢化合物气体为液化石油气、甲烷、乙烷、乙烯、丙烯和乙炔的一种或者多种。

4.根据权利要求1所述锂离子电池硅掺杂碳多孔复合薄膜的制备方法，其特征在于：所述的单质硅在400~800℃下热处理的时间为1~10min；所述超声分散的时间为15~60min。

5.根据权利要求1所述锂离子电池硅掺杂碳多孔复合薄膜的制备方法，其特征在于：所述的将均一的混合溶液涂成薄膜是用涂膜器在玻璃板上涂出100μm的薄膜；步骤3）所述干燥是将薄膜放入70~150℃的鼓风干燥箱中干燥0.5~3h；所述将硅掺杂碳复合薄膜放置于开启式真空/气氛管式电炉是先将硅掺杂碳复合薄膜装在瓷舟里，然后放置于开启式真空/气氛管式电炉。

6.一种锂离子电池硅掺杂碳多孔复合薄膜，其特征在于其由权利要求1~5任一项所述制备方法制得的，作为锂离子电池负极材料应用时，其首次嵌锂容量达1027.6mAh/g，首次脱锂容量为997mAh/g，库仑效率为97.02%，循环100次后，其库仑效率为91.31%。