[发明专利]一种封闭式笼状结构硅碳复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种封闭式笼状结构硅碳复合材料，其特征在于，所述封闭式笼状结构硅碳复合材料为封闭式笼状的空心填充结构材料，所述空心填充结构材料的核心为硅材料填充的多孔碳材料；所述硅材料填充于所述多孔碳材料中，所述硅材料在所述多孔碳材料中的填充具有50％～95％的空隙率；所述硅材料填充的多孔碳材料的外部包覆有碳材料，其具体组成为(SiO_x)_yC，其中，0≤x≤2，0＜y≤1；

所述硅碳复合材料采用如下方法进行制备，所述制备方法包括以下步骤：

1)将四氯化硅溶于无水乙烷中制得四氯化硅的无水乙烷溶液，将多孔碳材料加入至四氯化硅的无水乙烷溶液中浸渍，过滤、加热处理后得到硅碳复合材料A；

2)将步骤1)得到的硅碳复合材料A加入还原剂溶液中，搅拌反应后加入洗涤剂清洗，得到硅碳复合材料B；

3)在步骤2)得到的硅碳复合材料B中加入有机碳源，球磨，煅烧，得到封闭式笼状结构硅碳复合材料。

2.根据权利要求1所述的封闭式笼状结构硅碳复合材料，其特征在于，所述多孔碳材料为多孔碳或活性炭材料，所述硅材料为硅和/或氧化硅。

3.一种如权利要求1所述的封闭式笼状结构硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将四氯化硅溶于无水乙烷中制得四氯化硅的无水乙烷溶液，将多孔碳材料加入至四氯化硅的无水乙烷溶液中浸渍，过滤、加热处理后得到硅碳复合材料A；

2)将步骤1)得到的硅碳复合材料A加入还原剂溶液中，搅拌反应后加入洗涤剂清洗，得到硅碳复合材料B；

3)在步骤2)得到的硅碳复合材料B中加入有机碳源，球磨，煅烧，得到封闭式笼状结构硅碳复合材料。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述四氯化硅溶在无水乙烷中的质量浓度为0.1～10mol/L。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述四氯化硅与所述多孔碳材料的摩尔比为(0:1)～(1:1)。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍的时间为0.5～5h。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为100～200℃。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述还原剂为铝氢化锂的四氢呋喃溶液、铝氢化锂的乙醚溶液和双氧水中的一种。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述铝氢化锂与所述四氯化硅的摩尔比为(1:1)～(3:1)。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述双氧水与所述四氯化硅的摩尔比为(2:1)～(6:1)。

11.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述反应的时间为0.5～5h。

12.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述洗涤剂为无水甲醇或无水乙醇。

13.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述有机碳源的质量为步骤1)中所述多孔碳材料的质量的1/5～1/20。

14.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述有机碳源选自蔗糖、纤维素、醋酸纤维、环糊精和酚醛树脂的一种或至少两种。

15.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述球磨的速度为100～300rpm，所述球磨的时间为0.5～10h。