[发明专利]一种二氧化硅复合凝胶的制备方法和使用该凝胶制备的三维多孔硅负极材料

权利要求书

1.一种采用二氧化硅复合凝胶制备锂离子电池多孔硅负极材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将二氧化硅复合凝胶置于烧杯中，加水水洗进行溶剂置换除去惰性溶剂，随后，将去除完惰性溶剂的二氧化硅复合凝胶与作为热吸收剂的无机盐按质量比为1:1.0~10.0进行混合，冷冻干燥，得到二氧化硅复合凝胶与无机盐混合均匀的冷冻干燥产物；

2）将冷冻干燥产物与镁粉按质量比为1:0.1~0.5混合，并置于管式炉中，在惰性气氛下，进行镁热反应，并对反应后产物进行酸洗，得到形貌规整的三维多孔硅负极材料；

所述二氧化硅复合凝胶的制备方法，包括如下步骤：

（1）将去离子水、水解促进剂和金属盐溶液加入惰性溶剂中，并加入硅源，得到前驱体溶液；

（2）将前驱体溶液转入水热釜密封，进行溶剂热反应，得到各色复合凝胶，其平均孔径为4.5~8 nm，比表面积为400~1000 m²/g。

2.根据权利要求1所述的采用二氧化硅复合凝胶制备锂离子电池多孔硅负极材料的方法，其特征在于：所述步骤1）中的无机盐为氯化钠、氯化镁、氯化钾、氯化钙或硫酸钠中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的采用二氧化硅复合凝胶制备锂离子电池多孔硅负极材料的方法，其特征在于：所述步骤2）中的惰性气氛为氩氢混合气、氩气或氮气。

4.根据权利要求1所述的采用二氧化硅复合凝胶制备锂离子电池多孔硅负极材料的方法，其特征在于：所述步骤2）中镁热反应温度为600~700 ℃，反应时间为2.5~6 h。

5.根据权利要求1所述的采用二氧化硅复合凝胶制备锂离子电池多孔硅负极材料的方法，其特征在于：所述步骤2）中酸洗所使用的酸为盐酸或硫酸，浓度为2.0 M，酸洗时间为1~2 h。

6.根据权利要求1-5任一所述的方法制得的多孔硅负极材料，其特征在于：所获得的三维多孔硅负极材料具有“双连续”结构，即“韧带”连续和孔道连续，其中，“韧带”是由粒径为20~50 nm的纳米硅颗粒构成，多孔硅的粒度为微米级、亚微米级或纳米级，所述三维多孔硅负极材料的平均孔径为6~15 nm，比表面积达100~500 m²/g。

7.根据权利要求1所述的采用二氧化硅复合凝胶制备锂离子电池多孔硅负极材料的方法，其特征在于：所述步骤（1）中硅源、水解促进剂、金属盐和去离子水的摩尔比为2:1:0.05~0.25:40。

8.根据权利要求1所述的采用二氧化硅复合凝胶制备锂离子电池多孔硅负极材料的方法，其特征在于：所述步骤（1）中硅源为正硅酸四乙酯、正硅酸丙酯或3-氨丙基三乙氧基硅中的至少一种；所述的水解促进剂为尿素、盐酸或氨水；所述金属盐为硫酸盐、硝酸盐或氯化盐中的至少一种；所述惰性溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇或丙三醇。

9.根据权利要求1所述的采用二氧化硅复合凝胶制备锂离子电池多孔硅负极材料的方法，其特征在于：所述步骤（2）中溶剂热反应温度为120~150℃，反应时间为4~12 h。