一种蜂窝状三维多孔硅碳复合材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105977478A(43)申请公布日2016.09.28(21)申请号201610435839.7(22)申请日2016.06.17(71)申请人中国科学院宁波材料技术与工程研究所地址315201浙江省宁波市镇海区中官西路1219号(72)发明人程亚军左秀霞朱锦(74)专利代理机构杭州君度专利代理事务所(特殊普通合伙)33240代理人杜军(51)Int.Cl.H01M4/38(2006.01)H01M4/133(2010.01)H01M4/1393(2010.01)权利要求书1页说明书8页附图2页(54)发明名称一种蜂窝状三维多孔硅碳复合材料及其制备方法(57)摘要本发明公开一种蜂窝状三维多孔硅碳复合材料及其制备方法。该多孔硅碳复合材料，是纳米硅球分布在蜂窝状、连续三维多孔碳基质中的杂化结构；其中碳的质量含量为99～1﹪可控。采用80～800nm球形二氧化硅纳米粒子作为硅源，采用热固性双官能团丙烯酸酯类不饱和树脂作为碳源，采用先复合后还原的方法制备而成；其中丙烯酸酯类不饱和树脂单体为乙烯基热固性树脂。本发明通过乙烯基热固性树脂原位聚合，避免了传统热固性树脂需要使用溶剂的繁琐，无需后处理，操作简便，绿色环保；同时由于热固性树脂在高温煅烧过程中难以发生熔融，可以实现原位成碳，能够有效调控二氧化硅的分布情况，从而调控最终产物的形貌。CN105977478ACN105977478A权利要求书1/1页1.一种硅碳复合材料，其特征在于是纳米硅球分布在蜂窝状、连续三维多孔碳基质中的杂化结构；上述多孔硅碳复合材料采用80～800nm球形二氧化硅纳米粒子作为硅源，采用热固性双官能团丙烯酸酯类不饱和树脂作为碳源，采用先复合后还原的方法制备而成；其中丙烯酸酯类不饱和树脂单体为乙烯基热固性树脂。2.一种硅碳复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤(1)、制备二氧化硅：采用Stober法在醇相介质中，用氨水催化正硅酸四丁酯(TEOS)，经过水解-缩合形成单分散的球形二氧化硅粒子，通过调节pH值控制粒径在80～800纳米；步骤(2)、将丙烯酸酯类不饱和树脂单体和光引发剂在常温～80℃下搅拌混合均匀，得到混合液；混合液中光引发剂的质量含量为0.2～2.0﹪；所述的丙烯酸酯类不饱和树脂单体是乙烯基热固性树脂；步骤(3)、将步骤(1)所得二氧化硅加入到上述混合液中，搅拌1～24小时，得到含有二氧化硅的混合溶液；每10克含有二氧化硅混合溶液中含0.001～9克二氧化硅；步骤(4)、将上述含有二氧化硅的混合溶液注入到模具中，采用蓝光或者紫外光固化，5～50W功率下光照60～300秒，得到二氧化硅/聚丙烯酸酯复合固体材料；步骤(5)、将二氧化硅/聚丙烯酸酯复合固体材料粉碎，粉碎1～5分钟，得到固体颗粒；步骤(6)、将上述固体颗粒在500～800℃，惰性气氛下煅烧2～6小时，得到黑色粉末，为纳米二氧化硅/碳复合材料；步骤(7)、常温下将上述黑色粉末与镁粉按照质量比1:(0.1～1.0)混合，置于管式炉中加热至650～750℃，惰性气氛下恒温反应1～24小时，然后降至常温，得到还原粗产物；步骤(8)、将还原粗产物置于浓度为0.5～2mol/L的稀盐酸中常温下搅拌4～24小时，离心得到固体产物，水洗数次，干燥后得到固体粉末；步骤(9).将上述固体粉末置于质量分数为1～10﹪的稀氢氟酸中常温下浸泡0.5～5小时，离心到固体产物，水洗数次，干燥后得到蜂窝状三维多孔硅碳复合材料；上述硅碳复合材料是纳米硅球分布在蜂窝状、连续三维多孔碳基质中的杂化结构。3.如权利要求1所述的一种硅碳复合材料，其特征在于碳的质量含量为99～1﹪。4.如权利要求1所述的一种硅碳复合材料或如权利要求2所述的方法，其特征在于所述的丙烯酸酯类不饱和树脂单体具体为双酚A-双甲基丙烯酸缩水甘油酯、二缩三乙二醇双甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸二甘醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、四乙二醇二甲基丙烯酸酯、1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯、乙氧基双酚二甲基丙烯酸酯中的一种或几种。5.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述的光引发剂为艳佳固1173、艳佳固184、艳佳固2959、艳佳固907、艳佳固369、艳佳固819、艳佳固754或樟脑醌中的一种或者几种。6.如权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(6)惰性气氛为氮气或氩气。7.如权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(7)所述惰性气氛可以为氮气、氩气、氩气/氢气混合气体。8.如权利要求1所述的一种硅碳复合材料，在作为锂离子电池负极材料中的应用。2CN105977478A说明书1/8页一种蜂窝状三维多孔硅碳复合材料及其制备方法技术领域[0001]本发明属于纳米多孔复合材料的制备领域，具体涉及