一种中空三维多孔硅材料及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115893420A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211139164.3(22)申请日2022.09.19(71)申请人华宇新能源科技有限公司地址236500安徽省阜阳市界首市高新区田营科技园华鑫大道6号(72)发明人郑丽华陈建陈冬刘桃松张焱赵昊黄震霆姚泽庆(74)专利代理机构杭州裕阳联合专利代理有限公司33289专利代理师顾晨(51)Int.Cl.C01B33/02(2006.01)C01B33/023(2006.01)H01M10/0525(2010.01)H01M4/38(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种中空三维多孔硅材料及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种中空三维多孔硅材料及其制备方法，利用硅化镁作为还原剂，与二氧化硅混合后球磨、酸洗，获得具有完整或不完整球形、三维多孔壳层的中空硅材料。其壳层具有三维多孔结构，大大提高了材料比表面积，为硅材料的体积膨胀提供缓冲空间；中空结构也能为硅材料循环过程中的体积膨胀提供缓冲空间，两者均有利于提高硅材料的循环稳定性。该方法选用新型还原剂有利于控制反应放热和提升硅材料的产率，解决了现有金属热还原技术导致材料烧结团聚的问题。CN115893420ACN115893420A权利要求书1/1页1.一种中空三维多孔硅材料，其特征在于，该材料包括平均粒径为0.5‑10μm、比表面积为100‑200m2/g的中空硅，所述中空硅具有完整或不完整的平均厚度为0.5‑10μm的球形壳层，所述壳层为三维多孔结构。2.根据权利要求1所述的一种中空三维多孔硅材料，其特征在于，该材料包括平均粒径为2‑8μm、比表面积为120‑150m2/g的中空硅，所述中空硅具有完整或不完整的平均厚度为0.5‑7μm的球形壳层。3.根据权利要求2所述的一种中空三维多孔硅材料，其特征在于，该材料包括质量百分比90‑99％的中空硅和1‑10％的氧，平均粒径为0.5‑10μm，比表面积为120‑150m2/g；所述中空硅具有完整或不完整的平均厚度为0.5‑10μm的球形壳层。4.一种锂电池负极，包括涂覆有浆料并烘干的集流体，所述浆料按质量百分比包括80‑98％如权利要求1所述的中空三维多孔硅材料、0.1‑10％的导电剂、以及0.1‑10％的粘结剂。5.一种中空三维多孔硅材料的制备方法，其特征在于：将二氧化硅、硅化镁按照摩尔比1:0.8‑1.5进行球磨，直至硅化镁均匀包覆在二氧化硅表面，获得前驱体混合物；然后将所述前驱体混合物在惰性气氛下煅烧，煅烧温度为500‑750℃；然后酸洗去除氧化镁，再利用氢氟酸去除核心未反应的二氧化硅，获得中空三维多孔硅材料。6.根据权利要求5所述的一种中空三维多孔硅材料的制备方法，其特征在于：所述二氧化硅与硅化镁是在100‑300rpm/min转速下进行球磨，球磨时间为1.5‑4小时。7.根据权利要求6所述的一种中空三维多孔硅材料的制备方法，其特征在于：所述二氧化硅与硅化镁的摩尔比为1:0.9‑1.2。8.根据权利要求5所述的一种中空三维多孔硅材料的制备方法，其特征在于：所述惰性气氛为氩气、氮气、或氩气与氮气按任意比例混合的混合气体。9.根据权利要求5所述的一种中空三维多孔硅材料的制备方法，其特征在于：所述煅烧温度为500‑700℃，煅烧时间为2.5‑6小时。10.根据权利要求5所述的一种中空三维多孔硅材料的制备方法，其特征在于：所述酸洗选用盐酸、硫酸、磷酸、氢氟酸、醋酸、草酸中的任意一种或多种的混合，浓度为0.1‑10mol/L。2CN115893420A说明书1/5页一种中空三维多孔硅材料及其制备方法技术领域[0001]本发明电化学负极材料领域，具体地说涉及一种中空三维多孔硅材料及其制备方法。背景技术[0002]硅材料是现代锂离子电池负极材料的优选方案，相对于石墨具有更高的容量。然而硅材料作为锂离子电池负极材料体积膨胀十分严重，这导致其电化学性能较差，不利于商品化应用。对硅材料的结构设计是目前认为较为有效的改善硅材料循环稳定性的方法之一。结构设计包括多孔结构、中空结构、包覆结构等，这些特殊结构能够为硅材料体积膨胀提供缓冲空间或是有效束缚，从而提升硅材料的循环稳定性。[0003]镁热还原法是目前常用的多孔硅制备方法之一，反应式为：[0004]SiO2(s)+2Mg(g)→Si(s)+2MgO(s)[0005]然而，该反应存在两大缺陷。其一，镁热还原是一个典型的放热反应，其在反应过程中释放出的巨大热量会导致产物Si发生烧结团聚，生成几十个微米的块状硅，虽然其微观结构也是多孔，但几十个微米的巨大颗粒使其循环衰减十分严重。其二，该反应中SiO2与Mg无法按照摩尔比1比2反应，这是