一种硅纳米材料及其制备方法和应用.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CN111509217A(43)申请公布日2020.08.07(21)申请号202010355603.9(22)申请日2020.04.29(71)申请人洛阳理工学院地址河南省洛阳市洛龙区王城大道90号(72)发明人王芳于海峰冯婷肖远超柴宏伟(74)专利代理机构北京高沃律师事务所11569代理人王术娜(51)Int.Cl.H01M4/38(2006.01)H01M10/0525(2010.01)B82Y30/00(2011.01)B82Y40/00(2011.01)权利要求书1页说明书8页附图9页(54)发明名称一种硅纳米材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明属于电极材料技术领域，特别涉及一种硅纳米材料及其制备方法和应用。本发明提供的硅纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将蛭石与镁混合，进行热还原反应，得到还原产物，所述还原产物包括硅和氧化镁；对所述还原产物进行酸浸提，将所述酸浸提的产物干燥，得到所述硅纳米材料。本发明利用蛭石中的二氧化硅与镁为原材料，采用热还原法使二氧化硅被还原为硅，镁被氧化为氧化镁；然后利用酸浸提的方法，保证了所获得的硅材料仍保留有蛭石的2D层状结构。测试结果表明，由本发明提供的制备方法所得硅纳米材料保持了蛭石原有的2D层状结构；在100次循环后，库仑效率维持在99.71％。CN111509217ACN111509217A权利要求书1/1页1.一种硅纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将蛭石与镁混合，进行热还原反应，得到还原产物，所述还原产物包括硅和氧化镁；对所述还原产物进行酸浸提，将所述酸浸提的产物干燥，得到所述硅纳米材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述蛭石和镁的质量比为1：(0.5～2)。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述热还原反应的温度为600～700℃，时间为6～8h；升温至所述热还原反应的温度的速率为2～8℃/min；所述热还原反应的气氛为惰性气氛。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸浸提用酸为盐酸、硝酸或硫酸；所述酸浸提用酸的浓度为1～3mol/L。5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述还原产物和酸浸提用酸的质量比为1：(8～12)。6.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述酸浸提的温度为20～30℃，时间为10～14h。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为50～70℃，时间为12～14h。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干燥后还包括对干燥产物依次进行氢氟酸洗、固液分离和终干燥。9.权利要求1～8任一项所述制备方法制备得到的硅纳米材料，其特征在于，所述硅纳米材料具有2D层状结构；所述纳米材料的单层厚度为4～10nm。10.权利要求9所述硅纳米材料作为负极材料在锂离子电池中的应用。2CN111509217A说明书1/8页一种硅纳米材料及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明属于电极材料技术领域，特别涉及一种硅纳米材料及其制备方法和应用。背景技术[0002]随着电动汽车和大型储能系统的快速发展，开发具有高能量密度、优异的循环稳定性和安全性的锂离子电池是大势所趋。为满足这一需求，高电化学性能电极材料的开发是关键。目前，对于商业化石墨基材料的研究已达到其理论容量372mAh/g，性能提升空间不足，而硅具有4200mAh/g的超高理论比容量和较低的放电电位(约0.1Vvs.Li/Li+)，因此硅成为取代石墨的最佳候选材料。然而，在重复的Li插入和萃取过程中，由于体积膨胀，硅电极的容量保持能力差，导致颗粒粉化、导电网络劣化以及活性物质从集电器上脱落，最终使得容量衰减、库伦效率低；此外，由于硅本身导电性较差，降低了电极反应的电化学活性，使活性材料的利用率低，在高电流密度下极化电位过高。[0003]为克服硅的以上缺点，目前常用的技术手段包括制备硅纳米结构或硅-碳复合材料。其中，硅纳米结构，如纳米线、纳米管、多孔纳米硅等不仅可以适应体积的变化，保持结构的完整性，并且通过缩短运输长度可以加速电荷的传递，但常规硅纳米结构的制备过程复杂，且原材料SiH4价格昂贵。提供一种原材料便宜易得、制备工艺简单的硅纳米材料制备方法，对能源行业具有重要意义。发明内容[0004]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种硅纳米材料的制备方法，该制备方法采用蛭石为原材料，原材料便宜易得，且制备工艺简单，由该方法制备得到的硅纳米材料具有电化学性能优良的特点；本发明还提供了一种硅纳米材料的应用。[0005]为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：[0006]本发明提供了一种硅纳米材料的制备方法，包括以下步骤：[0007]将蛭石与镁