一种多孔硅/碳复合材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种多孔硅/碳复合材料及其制备法，属于电化学和新能源材料领域。本发明主要以正硅酸乙酯、四氯化硅、甲基硅油、硅化钠为原料，制备出多孔二氧化硅，然后将多孔二氧化硅还原为多孔硅，然后采用有机碳源进行包覆，随后在惰性气氛下进行热处理，制备出多孔硅/碳复合材料。该材料可直接用于锂离子电池负极材料，其首次放电比容量可达1245mAh/g，经30循环之后的比容量也可达1230mAh/g，充放电性能优异。

主权项

一种多孔硅/碳复合材料的制备方法，其特征在于：包括多孔硅基体以及表面包覆的碳材料，多孔硅/碳复合材料中硅含量为50‑99.99%，碳含量为0.01‑50%；所述的多孔硅为球形或棒状；球形多孔硅基体的平均粒径为50纳米‑5微米，孔径为1‑10纳米；棒状多孔硅的直径为50纳米‑1微米，长度为50纳米‑5微米，孔径为1‑20纳米；表面包覆的碳材料为有机碳源热解所得，具体制备过程如下：（1）多孔二氧化硅的制备：将正硅酸乙酯、四氯化硅、甲基硅油、硅化钠在含有有机模板的溶液中水解或热解，制备多孔的二氧化硅；将含有模版的多孔二氧化硅过滤、离心、清洗，干燥，然后直接下一步使用或者在空气下进行热处理去掉模版，得到含有模板的二氧化硅或者去掉模板的多孔二氧化硅；有机模板为聚环氧乙烯‑聚环氧丙烯‑聚环氧乙烯或十六烷基三甲基溴化铵，溶液为去离子水，乙醇，丙酮，或其混合溶液；热处理温度为400‑800℃，热处理时间为0.5‑10小时；（2）多孔硅的制备：将步骤（1）得到的多孔二氧化硅与还原剂混合研磨，然后在惰性气氛下加热还原制备多孔硅，得到的产物经酸清洗，干燥，得到多孔硅；还原剂为镁、铝、钾、钠、锂中的一种或者多种混合；二氧化硅与还原剂质量比为1:10‑10:1，加热还原温度为600‑1000℃，加热还原时间为0.5‑10小时；惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种或几种混合；（3）多孔硅/碳复合材料的制备：将步骤（2）中得到的多孔硅与含有有机碳源的溶液混合，随后在惰性气氛下进行热解，制备多孔硅/碳复合材料；或将步骤（2）中得到的多孔硅与碳核材料混合，然后与有机碳源的溶液混合，随后在惰性气氛下进行热解，制备多孔硅/碳复合材料；热解温度为500‑1200℃，热解时间为0.5‑10小时，碳核材料为石墨、中间相碳微球、碳纤维、碳纳米管，碳核材料占多孔硅/碳复合材料总量的0.01‑50%。