一种蜂窝状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CN105958047A(43)申请公布日2016.09.21(21)申请号201610439455.2(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)B82Y30/00(2011.01)权利要求书2页说明书9页附图2页(54)发明名称一种蜂窝状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多孔硅碳复合材料及其制备方法。该硅碳复合材料是纳米硅球分布在蜂窝状三维连续多孔碳基质中的杂化结构。本发明采用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，首先将二氧化硅与镁粉混合后惰性气氛下进行镁热还原，形成含有二氧化硅纳米颗粒的连续多孔硅基质，将还原所得产物用盐酸酸洗之后，再将产物均匀分散在树脂单体进行固化，惰性气氛高温煅烧进行原位成碳，最后用氢氟酸将未反应完全的二氧化硅刻蚀，得到蜂窝状多孔硅/碳复合材料，并用于锂离子电池负极材料。本发明通过乙烯基热固性树脂原位聚合，避免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。CN105958047ACN105958047A权利要求书1/2页1.一种多孔硅碳复合材料，其特征在于该硅碳复合材料是纳米硅球分布在蜂窝状、连续多孔碳基质中的杂化结构；上述硅碳复合材料以80～800nm球形二氧化硅纳米粒子作为硅源，以热固性双官能团丙烯酸酯类不饱和树脂作为碳源，采用先还原后复合的方法制备而成；其中丙烯酸酯类不饱和树脂单体为乙烯基热固性树脂。2.一种多孔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80～800nm；步骤(2)、常温下将上述二氧化硅与镁粉按照质量比1:(0.5～1.5)混合，于研钵中手动研磨5～10分钟，得到二氧化硅与镁的混合物；步骤(3)、将上述二氧化硅与镁的混合物封装于坩埚中置于管式炉中，控制升温速率为0.1～5℃/min升温至650～1000℃，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(4)、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，干燥后得到连续多孔硅颗粒；步骤(5)、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为乙烯基热固性树脂；步骤(6)、将步骤(4)所得多孔硅颗粒加入到上述混合液中，搅拌1～24小时，得到含有硅的混合溶液；每10克含硅溶液中含0.1～9克硅；步骤(7)、将上述含硅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，得到多孔硅/聚丙烯酸酯复合固体材料；步骤(8)、将多孔硅/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(9)、将上述固体颗粒在500～1000℃，惰性气氛下煅烧2～6小时，得到多孔硅/碳复合材料；步骤(10)、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；该硅/碳复合材料是纳米硅球分布在蜂窝状、连续多孔碳基质中的杂化结构。3.如权利要求2所述的一种多孔硅碳复合材料的制备方法，其特征在于步骤(3)所述惰性气氛可以为氮气、氩气、氩气/氢气混合气体。4.如权利要求2所述的一种多孔硅碳复合材料的制备方法，其特征在于步骤(5)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。5.如权利要求2所述的一种多孔硅碳复合材料的制备方法，其特征在于步骤(9)惰性气氛为氮气或氩气。6.如权利要求1所述的一种多孔硅碳复合材料或如权利要求2所述的制备方法，其特征在于丙烯酸酯类不饱和树脂单体为双酚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、1,2CN105958047A权利要求书2/2页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。7.如权利要求1所述的一种多孔硅碳复合材料，其特征在于碳的质量含量为90～10﹪