[发明专利]一种以硅灰为原料制备纳米尺寸的硅及硅/碳复合材料的方法及其用途

权利要求书

1.一种纳米尺寸的硅材料的制备方法，包括如下步骤：将硅灰与还原剂按照质量比1:0.1-50，在惰性气氛下升温至50-1200℃，还原0.5-60h，冷却至室温，用酸浸泡后洗涤干燥，得到纳米尺寸的硅材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅灰为工业冶炼金属硅、铁硅合金过程中所产生的颗粒尺度小于1000nm的含硅颗粒和/或粒子和/或粉尘，优选硅质量含量为0.001％-50％；

优选地，所述还原剂为镁、锌、铝、锂、钠、钾中的1种或2种以上的混合；

优选地，硅灰与还原剂的放置方式为球磨法辅助的均匀混合式放置、还原剂/硅灰并排式放置、还原剂/硅灰上/下层放置、硅灰还原剂上/下层放置或还原剂/硅灰/还原剂夹层式放置；

优选地，所述惰性气氛为氮气、氩气、氦气、氢气中的1种或2种以上的的混合；

优选地，所述酸为盐酸和/或硫酸，优选为0.01-12摩尔/升的盐酸和/或0.01-16摩尔/升的硫酸。

3.一种纳米尺寸的硅/碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：将权利要求1或2制得的纳米尺寸的硅材料与碳前驱体混合分散于溶剂中，超声分散后通过水热预碳化和热解碳化得到硅/碳复合材料。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述碳前驱体为蔗糖、葡萄糖、果糖、麦芽糖、柠檬酸、尿素、抗坏血酸、蛋白质、淀粉、聚乙烯醇、聚乙二醇、甲基纤维素，所述溶剂为水；

或，所述碳前驱体为沥青，所述溶剂为四氢呋喃和/或喹啉；

或，所述碳前驱体为酚醛树脂，所述溶剂为丙酮；

或，所述碳前驱体为聚丙烯腈，所述溶剂为二甲基吡咯烷酮；

优选地，所述超声的时间为1-12h；

优选地，所述水热碳化的温度为80-250℃，优选为110-220℃，水热碳化的时间为1-72h；

优选地，所述热解碳化在惰性气体保护下进行；

优选地，所述热解碳化的温度为400-1500℃，热解碳化的时间为0.5-24h；

优选地，所述惰性气体为氮气、氩气、氦气、氢气中的1种或2种以上的混合。

优选地，所得硅/碳复合材料中碳质量含量为2％-80％。

5.一种纳米尺寸的硅/碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：将权利要求1或2制得的纳米尺寸的硅材料放入惰性气体的反应器中，升温至450-1500℃，引入碳前驱体于反应器中热解，得到碳沉积于硅上的硅/碳复合材料；

优选地，所述反应器为管式炉；

优选地，所述惰性气体为氮气、氩气、氦气、氢气和/或它们中1种或2种以上气体的混合气；

优选地，所述碳前驱体为甲烷、乙烷、丁烷、乙烯或乙炔气体中的1种或2种以上的混合；或为苯、甲苯、二甲苯、乙醇、正己烷或环己烷蒸汽中的1种或2种以上的混合；

优选地，所得硅/碳复合材料中碳质量含量为2％-80％。