[发明专利]一种α-MoC1-x

说明书

本发明公开了一种α‑MoC_1‑x/Si@C微球及制备方法和应用，以多巴胺为碳源的碳形成微米级别的球作为骨架，前驱体中的钼酸铵提供钼元素再碳基质上原位形成大量的碳化钼颗粒，作为较大的碳/碳化钼导电载体，被碳基质包裹的纳米二氧化硅被还原为纳米硅颗粒牢固地被碳骨架包覆，以此形成了纳米硅颗粒分布在碳/碳化钼主体内的球状结构。本发明用温和的镁热法较好地保留了材料的初始形貌，还原的Si被碳层包覆，可改善其在脱‑嵌锂过程的体积膨胀，提升循环寿命。

技术领域

本发明涉及一种复合材料的制备及其应用，尤其是涉及一种氯化铝（AlCl₃）熔盐辅助的低温镁热还原法制备得到的球状碳化钼/硅（α-MoC_1-x/Si@C）复合材料以及其在锂离子电池负极中的应用。

背景技术

随着科技的快速发展，人们对于高能量密度的储能器件的需求日益增长。锂离子电池因其高能量密度、高开路电压、充放电速率快、环境友好等显著的优势而在近几十年发展为应用最广泛的储能器件之一，特别是如今便携式电子设备以及新能源汽车等在人类社会中的地位越来越重要，锂离子电池仍然是一个重要的研究方向。尽管锂离子电池的基础研究和应用已有较好的成果，但是目前对于其负极材料来说一般使用的是石墨，而作为碳基材料的石墨具有低比容量、充放电平台较低等缺点，已不能满足日益增长的需求。而作为地壳丰度第二的元素——硅具有高达4200mAh/g的高比容量，以及低成本、低污染等优点，因此其在锂离子电池负极中的应用备受关注。

但硅作为锂离子电池负极也具有低导电率、锂离子嵌入/脱嵌过程造成较大体积膨胀而导致活性物质脱落以及电解液的分解导致硅的腐蚀等问题。近年来，研究者们改善这些缺点主要通过制备复合材料例如硅/碳复合材料，硅/过渡金属化合物，硅合金材料等；过渡金属化合物特别是碳/氮化物由于其良好的导电性、结构稳定性和较高的催化活性被视为理想的载硅材料；例如一类二维的过渡金属碳/氮化物MXene，文献“Enhancedreversible Li-ion storage in Si@Ti₃C₂ MXene nanocomposite（ElectrochemistryCommunications 97 (2018) 16-21)”中作者制备了二维Ti₃C₂ 负载硅颗粒的类三明治结构复合材料。但是载体材料Ti₃C₂ 通过前驱体Ti₃AlC₂ 经浓氢氟酸长时间刻蚀得到，该步骤具有较大风险且对环境有害，不适合实际应用；并且商业硅颗粒通过超声分散无法保证其均匀的分布；而文献“Employing MXene as a matrix for loading amorphous Sigenerated upon lithiation towards enhanced lithium-ion storage (Journal ofEnergy Chemistry 38 (2019) 50-54)”中作者使用了较为温和的刻蚀方法：氟化锂与盐酸溶液混合刻蚀Ti₃AlC₂ ，但该方法处理过程较长，且后续对杂质的洗涤过程复杂，实验周期较长，并且作者同样使用商业硅超声分散法对材料进行复合，因此同样不适合实际应用；而在文献“MXene/Si@SiO_x@C Layer-by-Layer Superstructure with AutoadjustableFunction for Superior Stable Lithium Storage(ACS Nano 2019, 13, 2167−2175)”中作者则通过原位合成的方式在二维Ti₃C₂表面水解形成二氧化硅，再通过镁热还原法将其还原为硅，该方法能合成均匀的、与基体结合牢固的硅颗粒，但在实际应用中，控制硅含量较为复杂且高温的镁热还原可能破坏产物的微观结构，增加能源消耗。

发明内容