[发明专利]一种多孔硅/碳复合材料的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种利用氢化镁、二氧化硅和碳酸盐原位制备多孔硅/碳复合材料的方法及其作为锂离子电池负极材料的应用，本发明的第一个目的是提供一种工艺简单、合成温度低、副产物少、产率高，易于工业化实施的制备多孔硅/碳复合材料的方法；本发明的第二个目的是提供一种以所述多孔硅/碳复合材料作为锂离子电池负极材料的应用。本发明提供了一种工艺简单、反应可控、产率高的多孔硅/碳复合材料的制备新方法；本发明所用的二氧化硅原材料来源广泛，成本低，易于工业化实施；本发明所得到的多孔硅/碳复合材料具有较高的容量和良好的循环稳定性性能，可作为锂离子电池负极材料广泛应用于高性能化学储能领域。

技术领域

本发明涉及一种利用氢化镁、二氧化硅和碳酸盐原位制备多孔硅/碳复合材料的方法及其作为锂离子电池负极材料的应用。

背景技术

近年来，电动车尤其是电动汽车的迅速发展对动力型电池需求强烈；光伏发电、风力发电等新能源对储能型电池需求强劲。锂离子电池是优选方案，锂离子产业化正渐成规模。电极材料是决定电池性能优劣的重要因素，负极材料直接影响电池能量密度、循环寿命和安全性能。当前，锂电池的负极材料主要为改性石墨、中间相碳微球等。这两类材料容量较低，石墨理论比容量372mAh/g，无法满足高能量密度锂电池的应用要求。

硅负极材料理论储锂比容量4200mAh/g(Li₂₂Si₅)，电极电位适中。硅储量丰富，环境友好，但硅材料存在充/放电过程中体积膨胀剧烈(>300％)以及导电性差等缺点，这些严重阻碍硅作为锂离子电池负极材料的应用。硅/碳复合负极材料中硅作为活性物质锂间层，提供储锂容量；碳作为分散基质，限制硅颗粒的体积变化，构成导电网络。硅/碳复合负极材料兼具两者优点，有希望代替石墨成为新一代锂离子电池负极材料。

Du等报道的A graphene-wrapped silver porous silicon composite withenhanced electrochemical performance for lithium-ion batteries(Journal ofMaterials Chemistry A,2013,1(43):13648-13654.)，先将介孔二氧化硅进行镁热还原，再用纳米银颗粒进行表面修饰，最后与纳米石墨片复合得到硅/银&石墨复合材料。电化学测试表明，电流密度为0.1A/g时比容量高达3.5Ah/g；电流密度为32A/g时，比容量仍有1.2Ah/g。他们认为，多孔结构缓冲了体积效应，银和石墨极大地提高了其导电性能。然而，该方法成本高、能耗高，难以进一步工业化应用。因此,发展新的有效的、低能耗、低成本的合成方法合成多孔硅/碳负极材料也逐渐的成为了硅材料应用于锂离子电池上的下一步重要目标。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中不足，而提供一种多孔硅/碳复合材料的制备方法及其应用，

本发明的第一个目的是提供一种工艺简单、合成温度低、副产物少、产率高，易于工业化实施的制备多孔硅/碳复合材料的方法。

本发明的第二个目的是提供一种以所述多孔硅/碳复合材料作为锂离子电池负极材料的应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种多孔硅/碳复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

S1、在真空或保护气氛下，将二氧化硅和氢化镁研磨均匀，然后将研磨均匀的混合物转移至密闭的反应器，将反应器以0.5～10℃/min的升温速率第一次加热至300～800℃，并保温1～10h；

S2、取出步骤S1所得的中间产物，将其与碳酸盐研磨均匀，然后将研磨均匀的混合物转移至密闭的反应器，将反应器以0.5～10℃/min的升温速率第二次加热至400～1200℃，并保温1～10h；