[发明专利]一种介孔碳化硅锂电池阳极材料的制备方法

说明书

本发明提出一种介孔碳化硅锂电池阳极材料的制备方法，在水体系中合成介孔氧化硅包覆的聚苯乙烯，然后过滤烘干后与碳源混合进行热处理，最后使用无水乙醇进行超声清洗30min，除去孔道中的残余有机相，获得粉末状介孔碳化硅。本发明通过在合成介孔氧化硅纳米管过程中加入纳米聚苯乙烯粉末，使介孔硅纳米管在聚苯乙烯颗粒表层生长，从而在碳热还原过程中保持纳米硅管结构的完整性，同时除去填充的聚苯乙烯，从而获得具有稳定介孔结构的纳米介孔碳化硅阳极材料，解决了传统介孔硅基材料在制备过程中孔道受损引起的电化学性能下降的问题，提高了反应条件的可控性以及操作的安全性。

技术领域

本发明涉及锂电池材料技术领域，具体涉及一种介孔碳化硅锂电池阳极材料的制备方法。

背景技术

伴随着经济全球化的进程和能源需求的不断高涨，寻找新的储能装置已经成为新能源相关领域的关注热点。锂离子电池（Li-ion，Lithium Ion Battery）：是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。与镍镉、镍氢电池相比，锂离子电池具有电压高、比能量大、循环寿命长、安全性能好、自放电小、无记忆效应、可快速充放电、工作温度范围宽等诸多优点，被广泛用于电动汽车、电动自行车、电动摩托车等多种领域，目前已经成为电动汽车动力的主要来源。其种类繁多，各具特色在未来的较长时间都难以被其他动力所取代。

锂离子电池主要结构包括正极（阴极）、电解液、负极（阳极）、隔膜，主要依靠锂离子在阴极和阳极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入阳极，阳极处于富锂状态；放电时则相反。以石墨为阳极材料的商业锂离子电池已无法满足人们日益增长的储能需求，迄今为止，各种阳极材料，如钛氧化物、过渡金属氧化物、金属磷化物/硫化物/氮化物等已被广泛应用于锂离子电池。众多阳极材料中，硅由于其极高的理论锂存储容量、较快的Li扩散速率、较低的放电电位、和较低的扩散能垒(0.23 eV)而受到人们的广泛关注。但是，纯硅在充放电过程中表现出体积形变较大，稳定性差的体积效应限制了它的应用。针对这一缺陷，科研人员开发出介孔纳米结构来缓解电极的体积效应问题。但在介孔硅制备过程中，介孔结构极易坍塌堵塞，从而影响其结构稳定性，因此针对提高纳米介孔结构稳定性的研究具有十分重要的实际意义。

中国发明专利申请号201710573129.5公开了一种介孔硅-铜复合物电极材料及其制备方法和应用，通过对镁粉与介孔二氧化硅的混合物进行镁热反应制得介孔硅，采用浸渍-氢还原法制备介孔硅-铜复合物。制备的介孔硅-铜复合电极材料具有10-100nm的孔道结构，比表面60-300m²/g，铜的质量分数占15-75％。制备的介孔硅-铜复合电极材料，具有可逆容量高、循环稳定性好、倍率性能好高、可规模化生产等优点。

中国发明专利申请号201710342069.6公开了一种聚合物修饰的三维有序介孔硅阳极材料及其制备方法，所述材料采用将三维有序介孔二氧化硅前躯体与镁粉混合后在惰性气氛下煅烧，经酸性溶液除杂后依次加入表面活性剂、聚合物单体、引发剂，置于低温、惰性气体下反应一段时间后经抽滤、洗涤及干燥的方法制备得到阳极材料，该导电聚合物为修饰剂，在三维有序介孔硅的表面包覆一层导电聚合物，为硅的体积膨胀提供一个缓冲层，从而提高材料的导电性和循环稳定性。

上述方案通过镁粉与介孔二氧化硅发生镁热反应制备介孔硅，反应十分剧烈，对操作者带来安全威胁，并且制备过程不易控制，制备的介孔孔道分布不均，以及存在受损孔道引起的阳极材料电化学性能下降的问题。因此，有必要开发温和可控且较为安全的制备方法制备及提高纳米介孔结构稳定性。

发明内容

针对传统采用镁热反应制备介孔硅制备孔道分布不均，存在受损孔道引起的阳极材料电化学性能下降的问题，本发明提出一种介孔碳化硅锂电池阳极材料的制备方法，解决了传统介孔硅基材料在制备过程中孔道受损引起的电化学性能下降的问题，提高了反应条件的可控性以及操作的安全性。