一种碳包覆多孔硅氧化物材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种碳包覆多孔硅氧化物材料及其制备方法和应用。碳包覆多孔硅氧化物材料包括：纳米硅晶粒分散在氧化硅基体中构成的多孔硅氧化物和包覆所述多孔硅氧化物的碳包覆层；所述多孔硅氧化物的通式为S i O

【技术实现步骤摘要】
一种碳包覆多孔硅氧化物材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及材料
，尤其涉及一种碳包覆多孔硅氧化物材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池(LIBs)具有高能量密度、长寿命和环保性的特点，是目前最具吸引力的储能装置之一，被广泛的应用于手机、笔记本电脑和数码相机等便携式电子产品的市场。同时，它们也被认为是电动汽车和固定式能源储存系统的首选电源。目前商业化的负极材料是人造石墨，其存在低成本，低膨胀，长循环的优势。然而，石墨作为负极材料引起相对低的容量严重限制了锂离子电池的能量密度。
[0003]硅氧化物(SiOx)是有希望替代石墨的一种材料，一方面是硅氧化物有着较高的理论容量(1700mAh/g)，最主要的是在第一次锂化过程中原位产生的氧化锂和硅酸锂等副产物可以缓冲大的体积变化并改善循环的稳定性。
[0004]在专利CN107408677B中，采用对纳米硅二次造粒刻蚀造孔的手段解决了循环中膨胀的过程。但是，一方面纳米硅合成困难，生产成本高，另一方面材料比表面极高，其作为锂离子电池负极材料的首周效率较低，难以实现商业化的应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供了一种碳包覆多孔硅氧化物材料及其制备方法和应用，不但解决了硅氧化物材料作为电极材料应用时在循环过程中的膨胀问题，而且改善了材料的导电性能和循环性能。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种碳包覆多孔硅氧化物材料包括：纳米硅晶粒分散在氧化硅基体中构成的多孔硅氧化物和包覆所述多孔硅氧化物的碳包覆层；
[0007]所述多孔硅氧化物的通式为SiO
x
，0.5<x<1.2；
[0008]所述多孔硅氧化物的粒度D50介于1um
‑
20um之间，所述纳米硅晶粒的尺寸介于5nm
‑
30nm之间；
[0009]所述碳包覆多孔硅氧化物材料呈多孔结构，其中，孔的尺寸为2nm
‑
100nm；
[0010]所述碳包覆多孔硅氧化物材料中的碳含量介于1％
‑
30％之间；
[0011]所述碳包覆多孔硅氧化物材料的比表面积为2m2/g
‑
60m2/g。
[0012]优选的，所述多孔硅氧化物的粒度D50介于2um
‑
15um之间；
[0013]所述孔的尺寸为2nm
‑
80nm；
[0014]所述碳包覆多孔硅氧化物材料中的碳含量介于2％
‑
25％之间；
[0015]所述碳包覆多孔硅氧化物材料的比表面积为3m2/g
‑
50m2/g。
[0016]优选的，所述多孔硅氧化物的粒度D50介于3um
‑
10um之间；
[0017]所述孔的尺寸为2nm
‑
50nm；
[0018]所述碳包覆多孔硅氧化物材料中的碳含量介于6％
‑
18％之间；
[0019]所述碳包覆多孔硅氧化物材料的比表面积为8m2/g
‑
26m2/g。
[0020]优选的，所述多孔结构通过化学溶剂刻蚀形成，其中，所述化学溶剂包括：氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氢氧化钙、氢氧化锂、盐酸、氢氟酸、硝酸、硫酸中的一种或几种。
[0021]优选的，形成所述碳包覆层的碳源包括：蔗糖、葡萄糖、淀粉、柠檬酸、沥青、酚醛树脂、环氧树脂、乙炔、乙烯、丙烯、甲烷、乙烷或丙烷的一种或几种；
[0022]形成所述碳包覆层的方式包括固相包覆、液相包覆或气相包覆中一种或者几种。
[0023]优选的，所述多孔硅氧化物通过对硅氧化物在900℃
‑
1400℃的保护气氛下进行热处理形成；其中，在所述热处理过程中，硅氧化物发生歧化反应形成晶体硅和非晶的二氧化硅，从而形成硅晶粒分散在氧化硅基体的结构。
[0024]第二方面，本专利技术实施例提供了一种第一方面所述的碳包覆多孔硅氧化物材料的制备方法，所述制备方法包括：
[0025]对硅氧化物在900℃
‑
1400℃的保护气氛下进行热处理，使得所述硅氧化物发生歧化反应形成晶体硅和非晶的二氧化硅，从而形成硅晶粒分散在氧化硅基体的结构的硅氧化物材料；
[0026]将所述硅氧化物材料加入到化学溶剂中，通过所述化学溶剂对所述硅氧化物材料进行刻蚀，形成多孔硅氧化物；所述多孔硅氧化物的比表面积为10m2/g
‑
300m2/g；
[0027]使用碳源对所述多孔硅氧化物进行碳包覆，得到所述碳包覆多孔硅氧化物材料。
[0028]优选的，所述化学溶剂包括：氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氢氧化钙、氢氧化锂、盐酸、氢氟酸、硝酸、硫酸中的一种或几种；
[0029]所述碳源包括：蔗糖、葡萄糖、淀粉、柠檬酸、沥青、酚醛树脂、环氧树脂、乙炔、乙烯、丙烯、甲烷、乙烷或丙烷的一种或几种；
[0030]所述碳包覆的方式包括：固相包覆、液相包覆或气相包覆中一种或者几种。
[0031]第三方面，本专利技术实施例提供了一种负极片，包括上述第一方面所述的碳包覆多孔硅氧化物材料。
[0032]第四方面，本专利技术实施例提供了一种锂离子电池，包括上述第一方面所述的碳包覆多孔硅氧化物材料，或者，包括上述第三方面所述的负极片。
[0033]本专利技术实施例提供的碳包覆多孔硅氧化物材料，通过多孔结构解决其作为电极材料应用时在循环过程中的膨胀问题；通过合理控制材料的比表面和孔径尺寸，改善了材料的导电性能和循环性能；通过碳包覆层和碳含量控制改善整体材料的导电性能，并且通过碳包覆层能够避免电解液直接和硅氧化物接触，改善循环性能。
附图说明
[0034]下面通过附图和实施例，对本专利技术实施例的技术方案做进一步详细描述。
[0035]图1为本专利技术实施例的碳包覆多孔硅氧化物材料的结构示意图；
[0036]图2为本专利技术实施例提供的碳包覆多孔硅氧化物材料的制备方法流程图；
[0037]图3为本专利技术实施例1提供的碳包覆多孔硅氧化物材料的透射电镜图(TEM)图；
[0038]图4为本专利技术实施例1提供的碳包覆多孔硅氧化物材料的扫描电镜图(SEM)图。
具体实施方式
[0039]下面通过附图和具体的实施例，对本专利技术进行进一步的说明，但应当理解为这些实施例仅仅是用于更详细说明之用，而不应理解为用以任何形式限制本专利技术，即并不意于限制本专利技术的保护范围。
[0040]本专利技术的实施例提供了一种碳包覆多孔硅氧化物材料，碳包覆多孔硅氧化物材料包括：纳米硅晶粒分散在氧化硅基体中构成的多孔硅氧化物和包覆多孔硅氧化物的碳包覆层，其结构示意如图1所示。
[0041]本材料中，多孔硅氧化物的通式为SiO
x
，0.5<x<1.2；多孔硅氧化物的粒度D50介于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳包覆多孔硅氧化物材料，其特征在于，所述碳包覆多孔硅氧化物材料包括：纳米硅晶粒分散在氧化硅基体中构成的多孔硅氧化物和包覆所述多孔硅氧化物的碳包覆层；所述多孔硅氧化物的通式为SiO
x
，0.5<x<1.2；所述多孔硅氧化物的粒度D50介于1um
‑
20um之间，所述纳米硅晶粒的尺寸介于5nm
‑
30nm之间；所述碳包覆多孔硅氧化物材料呈多孔结构，其中，孔的尺寸为2nm
‑
100nm；所述碳包覆多孔硅氧化物材料中的碳含量介于1％
‑
30％之间；所述碳包覆多孔硅氧化物材料的比表面积为2m2/g
‑
60m2/g。2.根据权利要求1所述的碳包覆多孔硅氧化物材料，其特征在于，所述多孔硅氧化物的粒度D50介于2um
‑
15um之间；所述孔的尺寸为2nm
‑
80nm；所述碳包覆多孔硅氧化物材料中的碳含量介于2％
‑
25％之间；所述碳包覆多孔硅氧化物材料的比表面积为3m2/g
‑
50m2/g。3.根据权利要求2所述的碳包覆多孔硅氧化物材料，其特征在于，所述多孔硅氧化物的粒度D50介于3um
‑
10um之间；所述孔的尺寸为2nm
‑
50nm；所述碳包覆多孔硅氧化物材料中的碳含量介于6％
‑
18％之间；所述碳包覆多孔硅氧化物材料的比表面积为8m2/g
‑
26m2/g。4.根据权利要求1所述的碳包覆多孔硅氧化物材料，其特征在于，所述多孔结构通过化学溶剂刻蚀形成，其中，所述化学溶剂包括：氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氢氧化钙、氢氧化锂、盐酸、氢氟酸、硝酸、硫酸中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的碳包覆多孔硅氧化物材料，...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾华清，李婷，李辉，刘芳，冯苏宁，
申请(专利权)人：江西紫宸科技有限公司，
类型：发明
国别省市：