多孔SiCN-HF锂离子电池负极材料的制备方法与应用

摘要

本发明公开了一种多孔SiCN-HF锂离子电池负极材料的制备方法与应用。它是将其用体积百分比20-40%HF水溶液蚀刻处理致密SiCN材料，得到多孔SiCN-HF材料作为锂离子电池负极。组装成扣式锂离子电池，在40mAg^-1的电流密度下对多孔SiCN-HF电极材料进行充放电循环性能测试。结果表明，与致密的SiCN电极相比，多孔SiCN-HF电极材料的循环稳定性有明显的提高。循环40周后多孔SiCN-HF电极的放电比容量为298.9mAhg^-1，是致密SiCN电极容量的3.1倍。多孔SiCN-HF的首次放电容量为455mAhg^-1，是致密SiCN电极的1.2倍。容量和循环稳定性的提高可能是HF蚀刻处理后的SiCN结构中出现纳米级直径的孔道，便于锂离子的嵌脱，在一定程度上缓解了电极在充放电循环过程中的体积变化而引起的容量衰减。

主权项

一种多孔SiCN‑HF锂离子电池负极材料的制备方法，所述多孔SiCN‑HF锂离子电池负极材料是由致密SiCN陶瓷粉末经HF水溶液蚀刻处理制成，其中SiCN陶瓷粉末与HF水溶液的重量份数比为1:10‑30，其特征在于按如下的步骤进行：（1）SiCN前驱体的制备1）将乙二胺和三乙胺溶解于甲苯中；其中乙二胺：三乙胺：甲苯的摩尔比为1:2:3；2）将甲基二氯硅烷和甲基乙烯基二氯硅烷混合，溶解于甲苯放入滴液漏斗中，其中甲基二氯硅烷：甲基乙烯基二氯硅烷的摩尔比为1:1；3）室温下，将步骤2）溶液缓慢滴加到步骤1）的溶液中，控制滴加速率使反应保持在40 ^oC进行，滴加完毕后，升温至60‑80 ^oC，保温40‑60分钟，再缓慢升温至100 ^oC，保温1‑2 h，随后将体系降至室温，过滤，收集滤液，得到淡黄色的澄清溶液，减压蒸馏，得到SiCN前驱体；（2）致密SiCN陶瓷制备    在步骤（1）得到的液态前驱体中加入偶氮二异丁腈，液态前驱体与偶氮二异丁腈的质量比为100:1，升温至80‑100 ^oC，保温2‑3小时，得到黄色固体前驱体，在氩气保护气氛下，高温氧化铝管气氛炉中热解，热解温度1000 ^oC，升温速率5 ^oC/min, 保温1 h，得到前驱体陶瓷，自然降温取出，用玛瑙研钵研磨成细粉，过200目筛子，得到纯的致密SiCN陶瓷，密封保存;（3）多孔SiCN‑HF制备   称取1‑2 g制备好的致密SiCN陶瓷粉末，放入聚四氟乙烯容器中，加入体积百分比20‑40 % HF水溶液20 mL，室温下搅拌6‑8 h，离心、洗涤后放在100 ^oC的真空干燥箱中干燥24 h，得到多孔SiCN‑HF负极材料，其中SiCN陶瓷粉末与20‑40 % HF水溶液的重量份数比为1:10‑30。