[发明专利]一种纳米空心Si@C@SiO2

说明书

一种纳米空心Si@C@SiO₂@C多层结构复合微球的制备方法通过以下步骤实现：以碳酸钙微球为模板，使用硅源在其表面水解，包裹形成碳酸钙@SiO₂；将碳酸钙@SiO₂微球再放入高浓度的高分子溶液中，在其表面包覆一层高分子材料，形成碳酸钙@SiO₂@高分子；将碳酸钙@SiO₂@高分子转移到高温气氛炉中，在氢氩混合气氛中在800‑1200℃下进行高温烧结，并转移到酸性溶液中，进一步洗涤除杂，得到空心Si@C复合结构材料；将空心Si@C复合结构材料再分别包覆SiO₂层和低聚物层，并在160‑200℃的水热条件下处理，反应结束后，产物经过水洗即可得到多层结构复合微球。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料的技术领域，具体涉及一种纳米空心Si@C@SiO₂@C多层结构复合微球及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池由于其具有很好的安全性、经济性和稳定性。近年来，在手机、电脑、动力电池等领域都实现了广泛的应用。但是传统的锂离子电池由于其负极材料的低能量密度限制，使得单纯石墨基负极材料急需改善。对于改善策略，目前研究较多的方法是进行复合，如以硅元素为代表的硅碳复合材料表现出了较好的应用前景。

具体如中国专利CN108899484A公开了一种锂离子电池负极材料碳包覆中空硅管的制备方法，其制备工艺如下：制备氧化锌纳米棒，将海藻酸钠加入到醋酸锌溶液中，加入氨水调节pH，经过水热反应后制得纳米棒状的氧化锌；利用正硅酸乙酯的水解作用在氧化锌表面包覆一层二氧化硅层，并用酸将氧化锌溶解；以乙炔为碳源利用化学气相沉积法在二氧化硅表面包覆一层碳层，再通过镁热还原法将二氧化硅还原为单晶硅，得到碳包覆中空硅管。还比如CN106450192A公开了一种锂离子电池用硅碳复合材料及其制备方法和应用，属于材料学领域。所述制备方法：先将硅粉和模板剂填充在碳前驱体中，待碳热解后再将模板剂溶解，在碳基体中留下大量孔洞，使得硅均匀分散于多孔碳基体中。CN105006549A公开了一种碳硅复合锂离子电池负极材料及其制备方法，Si 作为内核其外表面紧密包覆有一层SiO₂层，SiO₂层与最外层C包覆层间为空心层；内核Si 占所述复合材料的质量百分比范围为30％ -70％。还比如湖南大学Xuelian Liu等人在2016年发表的文章“SiO₂@Chollow sphere anodes for lithium-ion batteries”中使用模板剂，然后在其上包裹一层氧化硅后，经过脱模板剂后，再包覆一层高分子材料，最后经过高温热解处理，将高分子材料碳化转变为碳包覆层，从而得到空心的SiO₂@C空心球。

此外，还有需要类似的工作研究硅碳复合材料的结构及其性能。但是上述文献并没有很好的解决硅碳复合材料的循环稳定性和比容量，这与硅的理论容量还有很大差距。

发明内容

本发明公开了一种纳米空心Si@C@SiO₂@C多层结构复合微球及其制备方法和应用，该方法制备的目标产物具有纳米结构，且空心结构的引入以及多层表面复合结构，制备得到的硅碳复合材料应用于锂离子电池负极中，相对于单层的Si@C空心结构，可显著提高锂离子电池的比容量和循环稳定性。

具体技术方案如下：

一种纳米空心Si@C@SiO₂@C多层结构复合微球的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：以碳酸钙微球为模板，使用硅源在其表面水解，包裹形成碳酸钙@SiO₂；

步骤2：将步骤1得到的碳酸钙@SiO₂微球再放入高浓度的高分子溶液中，在其表面包覆一层高分子材料，形成碳酸钙@SiO₂@高分子；