[发明专利]一种气态雾化法制备硅基复合材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种气态雾化法制备硅基复合材料及制备方法。该方法包括如下步骤：制备多孔纳米硅并压制成块状结构，转移到沉积腔中，并在一定温度和压强下，采用气体雾化法分别通入金属溶液和催化剂溶液沉积在多孔纳米硅的表面，之后在惰性气氛下通入气体进行沉积、碳化，洗涤、干燥得到金属及其碳纳米管掺杂无定形碳包覆硅基复合材料。其复合材料利用雾化法可以使金属均匀掺杂在包覆层中降低阻抗，并利用表面的催化剂为基体生长碳纳米管及其形成的网络结构提升材料的电子导电率，同时气体雾化法相比传统的液相/固相包覆技术，具有均匀性强、效率高，过程可控，并根据需求调整材料种类和配方，灵活性强，可以显助提升材料的制备效率、降低成本。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料制备领域，特别涉及一种气态雾化法制备硅基复合材料及制备方法。

背景技术

目前，硅碳材料制备主要采用固相法及其气相法，在其内核纳米硅或一氧化硅表面沉积无定形碳得到硅碳复合材料，同时根据不同要求在其表面掺杂不同的金属单质或化合物以改善界面的阻抗提升循环及其存储性能，但是采用固相或气相对其元素掺杂存在均匀性差，效率低、致密度低及其对材料的选择性强，造成其提升幅度有限。而气体雾化法是一种将金属单质或化合物雾化并均匀沉积在材料表面或内部的技术，具有快速、高效、均匀性好等优点，在负极材料制备领域没有使用。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种气态雾化法制备硅基复合材料及制备方法，本发明通过气态雾化，将金属化合物及其催化剂沉积在纳米硅表面并通过气相沉积法制备出硅基复合材料，提升了硅碳材料的功率性能及其一致性。

本发明提到的一种气态雾化法制备硅基复合材料，其技术方案是：由硅基材料内核及其包覆在内核表面的金属及其碳纳米管掺杂无定形碳组成的外壳，按照复合材料质量比100%计算，外壳的质量占比为1-10%。

外壳是由1-5%的金属，1-5%的碳纳米管，其余为无定形碳组成。本发明提到的气态雾化法制备硅基复合材料的制备方法，包括如下过程：

（1）采用氢氟酸蒸汽对其纳米硅铝合金表面刻蚀，得到多孔纳米硅；之后将多孔纳米硅，粘结剂混合均匀压制，得到多孔纳米硅复合体；其按质量比，多孔纳米硅：粘结剂=80-95：5-20；

（2）之后，采用气体雾化法，将多孔纳米硅复合体转移到沉积腔中，在温度100-200℃，压力为1-3Mpa，分别通入金属溶液和催化剂溶液并气化进行沉积，沉积时间10-60min，得到金属掺杂多孔纳米硅复合体；

（3）之后，将金属掺杂多孔纳米硅复合体转移到管式炉中，首先通过惰性气氛下排出管内空气，之后通入碳源气体在温度为800-1200℃碳化1-6h，洗涤、干燥得到金属及其碳纳米管掺杂无定形碳包覆硅基复合材料。

优选的，上述步骤（2）中金属溶液中的有机金属为三异丁基铝，十八烷基化氧化铝，二羟基氨基乙酸铝中的一种，熔剂为四氯化碳、环己烷、N-甲基吡咯烷酮中的一种；

优选的，上述催化剂溶液为硝酸铁、硝酸镍、硝酸钴中的一种。

优选的，上述步骤（1）中粘结剂为沥青、丁苯橡胶、聚丙烯酸中的一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：

1）本发明采用气体雾化法将金属溶液和催化剂溶液沉积在纳米硅的表面，与传统的固相包覆掺杂相比，具有均匀性好，效率高、过程可控等优点，且沉积材料的致密度高，从而提升材料的振实密度和降低阻抗；

2）通过对材料掺杂有机金属化合物，碳化后的金属一方面降低材料的阻抗，且有机金属化合物碳化后形成的无定形碳与金属化合物相互作用隔绝内核纳米硅直接与电解液接触，提升存储及其循环性能；同时采用气体雾化法沉积的催化剂掺杂在内部，使其之后通过高温碳化作为催化剂使用生成的无定形碳具有各项同性好、结构稳定等优点，从而改善循环和降低膨胀。

附图说明

图1是本发明的实施例1制备出的硅基复合材料的SEM图。

具体实施方式