[发明专利]多孔球形核壳结构的硅碳复合材料及制法与锂离子电池

摘要

多孔球形核壳结构的硅碳复合材料及制法与锂离子电池，方法包括：S1制备Si/SiO₂纳米颗粒混合溶液1；S2制备聚合物1和聚合物2的混合溶液2；S3制备喷雾前驱体球形Si/SiO2/聚合物复合材料；S4制备硅碳复合材料：先烧结得到多孔球形Si/SiO2/C复合材料，然后强酸刻蚀除去SiO2层，即得多孔球形核壳结构的Si/C复合材料。本发明在通过两种不同热分解温度的聚合物，先在空气中加热烧掉热分解温度低的聚合物，形成纳米孔洞，然后在惰性气体中进行高温碳化，不同于采用单一碳源自然碳化所形成的孔隙。本发明得到的硅碳复合材料为多核核壳结构球形团聚体，且表面有明显纳米孔洞、比表面积小、振实密度高；采用该硅碳复合材料的锂离子电池其充放电容量和循环性能均有明显改善。

主权项

1.多孔球形核壳结构的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备混合溶液1：先将纳米硅粉在空气中进行表面氧化处理，得到表层被氧化的Si/SiO2纳米颗粒，氧化温度为350℃～600℃，氧化时间为1h～10h，然后将其超声分散在有机溶剂1中，再加入有机分散剂，超声分散后得到混合溶液1；S2、制备混合溶液2：将聚合物1加热溶解于有机溶剂2中，加热溶解温度为60℃～100℃；再加入聚合物2，持续搅拌，利用余热完全溶解，得到混合溶液2；S3、制备喷雾前驱体：将混合溶液1加入混合溶液2，充分搅拌分散均匀得到混合溶液3，利用喷雾干燥机喷雾造粒，得到球形Si/SiO2/聚合物复合材料，即喷雾前驱体；S4、制备硅碳复合材料：将喷雾前驱体球形Si/SiO2/聚合物复合材料先在空气中200℃～400℃烧结1h～5h，然后再置于惰性气氛下600℃～1600℃烧结3h～20h，接着自然冷却至室温得到多孔球形Si/SiO2/C复合材料，然后将得到的多孔球形Si/SiO2/C复合材料在强酸溶液中浸泡刻蚀除去SiO2层，然后清洗、干燥，即得多孔球形核壳结构的Si/C复合材料；上述方法中，纳米硅粉：有机分散剂：聚合物1：聚合物2：有机溶剂的质量比为1：(0.001～0.01)：(1～20)：(0.1～1)：(10～50)，有机溶剂的质量为有机溶剂1和有机溶剂2的质量总和，聚合物1和聚合物均能溶解于有机溶剂1和有机溶剂2，且所述聚合物1与聚合物2具有不同的热分解温度，并且量少的聚合物2的热分解温度处于步骤S4的空气烧结温度200℃～400℃范围内，用于先熔化成孔。