一种纳米空心多孔硅材料及其制备方法与应用.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CN111960423A(43)申请公布日2020.11.20(21)申请号202010887994.9B82Y30/00(2011.01)(22)申请日2020.08.28B82Y40/00(2011.01)(71)申请人广东工业大学地址510060广东省广州市越秀区东风东路729号大院(72)发明人郑炳河李新喜张国庆刘龙罗文(74)专利代理机构北京集佳知识产权代理有限公司11227代理人杨小红(51)Int.Cl.C01B33/023(2006.01)H01M4/134(2010.01)H01M4/38(2006.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称一种纳米空心多孔硅材料及其制备方法与应用(57)摘要本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种纳米空心多孔硅材料及其制备方法与应用。本发明公开了一种纳米空心多孔硅材料的制备方法，通过低温熔盐法，在200～600℃的条件下通过空心二氧化硅、氯化铝、镁粉和吸热剂经还原反应制得空心多孔硅材料的初始产物，其中吸热剂可以促进镁铝之间的放热反应，有效的保障了晶体纳米硅的形成，进一步提高了硅材料的纯度与产率。空心二氧化硅与金属盐反应产生了反应副产物，经无机酸浸泡搅拌，从而去除中过量的Mg和其它金属盐，再经氢氟酸浸泡，刻蚀残留的二氧化硅，得到具有空心结构和大量介孔间隙的纳米多孔空心硅。该制备方法简单，设备要求不高，能耗低，可控性高，拓展了纳米硅的制备工艺，易于工业化生产。CN111960423ACN111960423A权利要求书1/1页1.一种纳米空心多孔硅材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将空心二氧化硅纳米球与熔盐介质、镁粉和吸热剂进行还原反应，得到初始产物；步骤2：将所述初始产物浸泡在无机酸中，再采用氢氟酸浸泡，得到空心多孔硅材料；步骤1所述还原反应的温度为200～600℃。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述空心二氧化硅纳米球的制备包括以下步骤：将十六烷基氯化铵和三乙醇胺溶于水中，再加入硅源进行反应，得到所述空心二氧化硅纳米球。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1所述还原反应的时间为9～12h；所述空心二氧化硅纳米球、所述熔盐介质、所述镁粉和所述吸热剂的质量比为(0.8～1.2):(3.6～4.4):(0.8～1.2):(1.0～1.6)。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔盐介质选自氯化铝或氯化铁；所述吸热剂选自氯化钠、氯化锌或氯化钾。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机酸包括硝酸、盐酸和硫酸中的一种或两种以上；所述无机酸的浓度为0.8～1mol/L；所述无机酸浸泡的时间为3～7h。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氢氟酸的质量浓度为1～10wt％；所述氢氟酸浸泡的时间为5～15min。7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述十六烷基氯化铵、所述三乙醇胺和所述硅源的用量比为(0.5～5)g：(0.1～1)g：(1～10)mL；所述反应的温度为室温，时间为30～50min。8.权利要求1至7任意一项所述的制备方法制得的纳米空心多孔硅材料，其特征在于，所述纳米空心多孔硅材料的平均直径为400-500nm，孔径为10～25nm。9.一种锂离子电池负极，其特征在于，包括权利要求8所述的纳米空心多孔硅材料、导电剂和粘结剂。10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求9所述的锂离子电池负极和锂离子电池正极。2CN111960423A说明书1/6页一种纳米空心多孔硅材料及其制备方法与应用技术领域[0001]本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种纳米空心多孔硅材料及其制备方法与应用。背景技术[0002]锂离子电池因其具有诸多优点，如安全性能高、绿色环保等，被广大科研人员及企业所青睐，并广泛应用于电动汽车、便携式电子产品、医疗器械等。随着移动电子设备的快速发展，市场对高倍率、长寿命、高比容量型锂离子电池的需求也日益剧增。此外，锂离子电池的能量密度主要决定于电极材料，目前应用于商业化锂离子电池负极材料主要是石墨，然而石墨类负极材料的比容量(372mAh/g)已无法满足当今社会发展的要求。近年来，硅材料(Si)作为锂离子电池负极材料具有较高的理论比容量(4200mAh/g)、较低的放电电位(<0.5VvsLi/Li+)、储量丰富以及绿色环保等成为了研究者们的热点话题，认为是最具潜力替代石墨的下一代高能量密度锂离子电池负极材料。[0003]然而，硅基负极材料在锂离子脱嵌过程中会发生严重的体积膨胀，易导致电极材料粉化、脱落，且消耗电解质和锂离子，从而导致循环稳定性差，阻碍了硅