[发明专利]夹心中空双层碳/硅复合锂离子电池负极材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种夹心中空双层碳/硅复合锂离子电池负极材料的制备方法。本发明采用刻蚀的方法，以酚醛树脂和多巴胺为碳源，乙醇/水的混合溶液为溶剂，二氧化硅为硬模板，通过精确的计算和合成参数的调控，从而制备出具有夹心中空结构的双层碳/硅复合纳米材料。该方法不仅能够制备出形貌均一、结构稳定的夹心中空双层碳/硅复合纳米材料，而且采用了酚醛树脂和多巴胺两种不同碳源进行了二次碳包覆，这种异质的双碳层，既能保证了其对硅的体积变化的极大的缓冲作用，又确保了结构的稳定性，从而有效的提高了材料的循环稳定性以及库伦效率。本发明方法具有设计巧妙、合成灵活及可控性强等优点。该法制备的碳/硅复合纳米材料在新能源等领域有着广泛的应用。

主权项

一种夹心中空双层碳/硅复合纳米材料的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为：a.将纳米硅粉按1:2 mg/mL的质量体积比均匀分散在去离子水中，在加入乙醇和25~28 wt.%氨水的混合液，其中乙醇和氨水的体积比为20:1，搅拌反应5 min后，再加入正硅酸四乙酯（TEOS），30 ℃条件下搅拌6 h，离心、洗涤、烘干，即得产物Si@SiO2；所述的纳米硅粉与正硅酸四乙酯的质量比为1:10；b.在乙醇和去离子水按2:1的体积比配成的混合液中，加25~28 wt.%的氨水，混合液与氨水的体积比为30:1；混合均匀后，30 ℃下搅拌0.5 h；再加入步骤a所得Si@SiO2粉末，使Si@SiO2粉末与混合液的质量体积比为10.5 mg/mL；接着加入间苯二酚和37 wt.%的甲醛溶液，搅拌24 h，将其装入50 mL的带聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在100 ℃下反应18~24 h后，将产物经离心分离、洗涤、烘干，即得Si@SiO2@RF粉末；所述的间苯二酚和甲醛与Si@SiO2粉末的质量比为6:9:13；c.将Si@SiO2@RF粉末按7:4 mg/mL的质量体积比均匀分散在去离子水中，再加入乙醇和25~28 wt.%氨水的混合液，其中乙醇和氨水的体积比为20:1，搅拌反应5 min后，再加入正硅酸四乙酯（TEOS），30 ℃条件下搅拌6 h，离心、洗涤、烘干，即得产物Si@SiO2@RF@SiO2；所述的Si@SiO2@RF粉末与正硅酸四乙酯的质量比为7:20；d.将步骤c所得Si@SiO2@RF@SiO2粉末与多巴胺盐酸盐（PDA）粉末按3:1的质量比完全溶解于pH = 9.18的硼砂缓冲溶液中，常温下搅拌反应24 h；然后洗涤干燥，得到Si@SiO2@RF@SiO2@PDA，将该粉末在惰性气氛下600~900 ℃下煅烧2~3 h，即得产物Si@SiO2@C@SiO2@C；所述的Si@SiO2@RF@SiO2粉末与硼砂缓冲溶液的质量体积比为6:1 mg/mL；e.将步骤d所得粉末Si@SiO2@C@SiO2@C加入0.5~3 wt.%的HF溶液刻蚀1~30 min，刻蚀完成后，产物经离心、洗涤、烘干，即得夹心中空双层碳/硅复合纳米材料。