[发明专利]一种硅/碳纳微米球粉体的制备方法及其应用

说明书

技术领域

    本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种硅/碳纳微米球粉体的制备方法，尤其是一种采用非传统模板，制备具有纳微米球形貌的硅/碳粉体的方法，以及用该方法制备硅/碳粉体在锂离子电池负极材料方面的应用。

背景技术

硅具有优异的电化学性能，并广泛应用于锂电池、太阳能电池、光导纤维通信、金属陶瓷等领域。硅/碳纳微米球粉体相比于传统的纳米、微米硅具有更高的振实密度和比表面积，以及更加独特、优异的物理学性能。

 目前见于报道的制备硅/碳纳微米球粉体的方法主要是通过物理混合。公开号为104362311A的中国专利公布了一种硅碳复合微球的制备方法。该专利通过高分子溶液，喷雾在硅纳米颗粒表面，干燥后碳化形成硅碳复合微球。然而该方法依赖于硅纳米颗粒，成本高。

发明内容

 本发明的一个目的就是针对现有技术的不足，提供一种硅/碳纳微米球粉体的制备方法。

 本发明方法是通过将热塑性树脂溶解于有机溶剂中，加入盐酸等劣溶剂，使得高分子树脂在溶液中原位形成高分子胶体粒子；在溶剂热过程中，高分子胶体粒子结合硅氧化物前驱体，形成硅氧化物/树脂微纳米球，反应结束后离心、洗涤、干燥、煅烧、高分子树脂原位生成碳，得到二氧化硅/碳纳微米球粉体；将得到的二氧化硅/碳纳微米球粉体通过镁热还原法最终得到硅/碳纳微米球粉体。

本发明方法的具体步骤是：

步骤（1）.将热塑性树脂和有机溶剂在常温下搅拌1～3小时，使热塑性树脂溶解，得到反应溶液；反应溶液中热塑性树脂的质量含量为2～30﹪；

所述的热塑性树脂为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、 聚甲基丙烯酸丁酯中的一种或多种；

所述的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、1,4-二氧六环中的一种或多种；

步骤（2）.将硅氧化物前驱体和劣溶剂加入到上述步骤（1）得到的反应溶液中，搅拌3～30分钟，得到含有硅氧化物前驱体的溶液；每10克含有硅氧化物前驱体的溶液中含有0.2～4克硅氧化物前驱体、0.05～2g 劣溶剂；

所述的硅氧化物前驱体为正硅酸乙酯、硅酸四丁酯、硅酸异丙酯、四(2-乙基己基)硅酸酯中的一种或者多种；

所述的劣溶剂为质量百分含量0～37﹪的盐酸水溶液、质量百分含量0～60﹪的硝酸水溶液、质量百分含量0～100﹪的醋酸水溶液中的一种；

步骤（3）.将上述含有硅氧化物前驱体的溶液，置于70～170℃下溶剂热1～24小时，得到反应产物；

步骤（4）.将上述反应产物离心，洗涤，得到沉淀物；

步骤（5）.将上述洗涤后的沉淀物在真空烘箱中50～100℃下干燥12～24小时，得到固体粉末；

步骤（6）.将上述固体粉末在400～800℃、惰性气氛下煅烧2～7小时，得到二氧化硅/碳粉体；

步骤（7）.将上述二氧化硅/碳粉体在管式炉中，惰性气氛下400～900℃镁热还原1～8小时，得到硅/碳纳微米球粉体；镁粉的加入量与二氧化硅/碳粉体的质量比为1：1～4：1；

步骤（8）.将上述硅/碳纳微米球粉体用稀盐酸洗涤、离心，除去镁，干燥。

本发明的另一个目的是上述方法制备得到的硅/碳纳微米球粉体在锂离子电池方面的应用。

本发明方法采用原位形成的聚苯乙烯等热塑性树脂胶体粒子作为模板制备具有微纳米球形貌的硅/碳纳微米球粉体，制备的微纳米球尺寸分布均匀，颗粒之间空隙尺寸均匀。该发明方法不使用传统模板，原位生成碳，与硅单质复合，制备工艺简单，条件易控，无需特殊设备，适合规模化生产，在锂离子电池方面性能显著。

附图说明

图1为实施例1中制备的硅/碳微纳米球粉体扫描电镜图；

图2为实施例1中制备的硅/碳微纳米球粉体XRD图；

图3为实施例1中制备的硅/碳微纳米球粉体锂离子电池性能数据。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的分析。

实施例1

步骤（1）.将0.2g聚苯乙烯和9.8g N,N-二甲基甲酰胺在常温下搅拌1小时，使热塑性树脂溶解，得到10g反应溶液；

步骤（2）.将0.2g正硅酸乙酯和0.05g浓盐酸(质量分数为37﹪，浓度为12 mol/L)加入到上述9.75g反应溶液中，搅拌3分钟，得到含有二氧化硅前驱体的溶液；

步骤（3）.将上述含有二氧化硅前驱体的溶液，在70℃下溶剂热24小时，得到反应产物；