[发明专利]一种以硅藻土为原料制备多孔硅/炭复合材料及应用

权利要求书

1.一种以硅藻土为原料制备的多孔硅/炭复合材料，其特征在于：组分以质量分数计：炭的含量占2-98 %，硅的含量占98-2 %；多孔硅孔径在0.01纳米至10微米，该硅/炭复合物的粒径在10纳米至50微米之间。

2.据权利要求1所述的以硅藻土为原料制备的多孔硅/炭复合材料，其特征在于制备过程如下：

(1) 首先将硅藻土原矿磨碎，与水按质量比1:1-50混合浸渍并加入1-50毫升浓度为0.01摩尔/升的NaOH做分散剂，强力搅拌1-24小时后静置1-48小时，吸出上层悬浮浆料，将浆料经过离心分离或者过滤干燥；

并在空气气氛下升温至300-1000 ℃，煅烧2-80 小时去除有机质，最后在浓度为1-50 %的硫酸溶液中25-100 ℃下浸泡1-50小时，最后经洗涤干燥得到纯度较高的硅藻土；

(2) 将经步骤(1)处理后的硅藻土采用金属热还原法制备多孔硅：采用镁、铝、锂、钠或钾金属粉末做还原剂，将硅藻土与还原剂按照比例1:0.1-20混合后，在惰性气氛保护下，升温至60-1000 ℃之间，还原1-48小时，之后冷却至室温；

所得产物最后在浓度为1-50%的盐酸或者硫酸中浸泡去除杂质，再经洗涤干燥，得到具有多孔结构的硅；

(3) 多孔硅/炭复合材料的制备：将步骤(2)制备所得的多孔硅与炭的前驱体按质量比1-5:1混合溶于相应的溶剂，超声分散2-8小时，将分散后的混合溶液在惰性气氛保护下热价炭化或水热炭化制备多孔硅/炭复合材料； 其中，热解炭化的工艺条件为温度600-1500 ℃，保温6-20 小时；水热炭化的工艺条件为：温度为180-220 ℃下水热反应12-48 小时，混合物体积占反应体积的50 %-90 %，将得到的混合溶液离心取固体物，再在惰性气体保护下，400-1000 ℃之间炭化2-24 小时。

3.根据权利要求2所述的以硅藻土为原料制备的多孔硅/炭复合材料方法，其特征在于，所述惰性气氛包括氮气、氩气和/或氦气。

4.根据权利要求2所述的以硅藻土为原料制备的多孔硅/炭复合材料方法，其特征在于，所述的炭的前躯体包括聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙二醇、沥青、柠檬酸、葡萄糖、蔗糖、淀粉、抗坏血酸、纤维素、酚醛树脂、炭凝胶。

5.根据权利要求2所述的以硅藻土为原料制备的多孔硅/炭复合材料方法，其特征在于，所述步骤（3）还可采用：将多孔硅与炭材料按质量1-5:1混合，在惰性气氛保护下高能球磨机中球磨10-24 小时，球磨机转速为300-800转/分，再将混合物分散在炭的前躯体溶液中，在惰性气体保护下，400-1000 ℃之间炭化2-24 小时，得到了硅/炭复合材料；所述炭材料包括石墨粉、中间相炭微球，碳纳米管，炭纤维。

6.根据权利要求5所述的以硅藻土为原料制备的多孔硅/炭复合材料方法，其特征在于，所述炭的前躯体溶液包括聚乙烯醇、聚乙二醇、抗坏血酸、甲基纤维素、葡萄糖、蔗糖、淀粉、柠檬酸的去离子水溶液，炭凝胶的甲醛溶液、沥青的四氢呋喃、喹啉溶液，酚醛树脂的丙酮溶液，聚丙烯腈的二甲基吡咯烷酮溶液。

7.根据权利要求2所述的以硅藻土为原料制备的多孔硅/炭复合材料方法，其特征在于，所述步骤（3）还可采用化学气相沉积方法将碳沉积到多孔硅或多孔硅/炭复合材料上，得到多孔硅/炭复合材料；化学气相沉积具体步骤为：将多孔硅或多孔硅/炭核复合材料放入通有惰性气体和碳源气体的管式炉中，在500-1500℃热解0.5-80小时，得到碳沉积在多孔硅上的多孔硅/炭复合材料；所述炭源气体包括乙炔、乙稀、苯蒸汽、甲烷、乙烷或丁烷气。

8.一种以硅藻土为原料制备的多孔硅/炭复合材料的应用，其特征在于，所述的多孔硅/炭复合材料直接用于锂离子二次电池的负极材料；与其他负极材料混合作为锂离子二次电池负极材料，混合使用的时多孔硅/炭复合材料的用量不不低于总负极活性材料的1%。

9.根据权利要求8所述的以硅藻土为原料制备的多孔硅/炭复合材料的应用，其特征在于，所述其他负极材料包括石墨基炭,硬炭，储锂金属，金属间化合物，过渡金属氧化物，磷化物。