[发明专利]一种硅纳米材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种硅纳米材料的制备方法，将氯硅烷在活化剂作用下，0‑100℃常压下在无水有机溶剂中与金属粉末反应后，制备得到硅纳米材料。本发明与传统的合成方法相比，操作简单、反应条件温和、产量高，易于放大合成，成本低廉。通过本发明方法得到的硅纳米材料经过包碳处理后作为锂离子电池的负极材料具有很高的能量密度和非常优异的循环性能。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种硅纳米材料的制备方法，即由金属粉末和氯硅烷在溶剂中反应，制备得到硅纳米材料，以及其用作锂离子电池负极材料或者作为分子筛材料，在吸附、分离、催化、医疗领域中的应用。

背景技术

近年来，Si作为负极材料在锂离子电池领域的应用得到了广泛的关注，硅负极材料被认为是取代商业石墨的最有前景的材料之一。这是因为Si材料具有高的理论比容量(～4200mAh g^-1)、低的工作电位(0.5V vs Li/Li)。但Si负极在脱锂嵌锂的过程中发生巨大的体积变化，导致活性材料从集流体上脱落失去接触，而且会破坏首次放电时在材料表面所形成的固液界面钝化膜的稳定性，从而严重抑制了电池的循环使用寿命。为了解决体积巨大的变化问题，近年来的研究表明将Si材料的尺寸减少到微米或纳米级尺寸是一种有效缓解体积膨胀导致的活性材料的粉碎的问题，从而提高电池的循环寿命。纳米级的Si材料能够提供缓冲空隙，颗粒之间增多的空隙能减少锂化过程中体积变化所带来的应力的影响[Zhang,C.；Kang,T.-H.；Yu,J.-S.Nano Research 2017,11,233；Liu,Z.-L；Chang,X.-C.；Sun,B.-X；Yang,S.-J；Zheng,J.；Li,X.G.Chemical Communications 2017,53,6223；Ge,M.；Rong,J.；Fang,X.；Zhang,A.；Lu,Y.；Zhou,C.Nano Research 2013,6,174；Xu,Y.；Zhu,Y.；Wang,C.Journal of Materials Chemistry A 2014,2,9751]。此外，利用Si的一维纳米线、二维纳米片在不同维度方向膨胀程度的差别也可以有效提高电池的循环寿命[Chan,C.K.；Peng,H.；Liu,G.；McIlwrath,K.；Zhang,X.F.；Huggins,R.A.；Cui Y.NatureNanotechnology 2008,3,31；Sun,L.；Su,T.；Xu,L.；Liu M.；Du,H.B.Chem.Commun.,2016,52,4341]。但是，这些微米或者是纳米结构的硅材料通常涉及苛刻的制备条件，例如需要高温高压或者昂贵的硅前驱体，在一定程度上大大限制了硅负极材料的应用。