[发明专利]一种硅碳微球的制备方法

说明书

本发明公开了一种硅碳微球的制备方法，属于无机化学材料的合成技术领域，具体包括一下步骤：（一）苯胺溶解在无水乙醇中成0.1‑1mol·L^‑1的溶液，再向其中加入硅粉，搅拌30‑90分钟；（二）将过硫酸铵溶解在相同体积的水中，在冰水浴的条件下将配制好的过硫酸铵溶液缓慢滴加到上述混合溶液中，冰水浴反应6‑12h，水洗数次，乙醇洗数次，放入烘箱中干燥，即得到了深绿色的产物硅@聚苯胺，作为硅碳微球的前驱体；（三）取前驱体在惰性气体气氛下，在600‑900℃，并保持1‑6h，后冷却至室温，得到硅碳微球，本发明工艺简单，具有良好的重现性，其制备的硅碳微球直径在50~200nm，具有较高的稳定性，且本发明硅碳微球作为锂离子电池电极材料，超级电容器电极材料具有广泛应用前景。

技术领域

本发明涉及无机化学材料的合成，具体涉及一种硅碳微球制备方法。

背景技术

硅碳微球具有良好的化学稳定性、热稳定性和优良的导电性等特性,是一种具有广泛应用前景的硅碳材料。

随着时代的发展，为了满足日益增长的能源需求 ，高性能化学电源成为研究热点。锂离子电池因其具有较高的容量和稳定的循环寿命，被认为是克满足能源需求的新型电源.锂离子电池中，负极材料传统为碳材料，理论比容量仅有372 mAh· g^-1，不能满足高容量的需求。另一方面，硅的理论比容量可达4 200 mAh· g^-1且硅较低的脱嵌锂电位（＜0.5 V vs. Li/Li⁺），使得硅材料成为最为热点的新型锂离子负极材料。但是，由于硅材料本身具有较低的导电性和在充放电过程中严重的体积膨胀，硅颗粒发生粉碎，循环寿命较低，严重阻碍了其的商业应用。采用碳材料封装硅颗粒等方法可改善结构和电学性能结构。通过硅碳复合，锂离子电池可获得更高的比容量、更长的循环稳定性和更好的导电性。

对于碳微球的制备，目前主要是采用水热法，静电纺丝，CVD法等，这些方法的制备工艺都比较复杂繁琐，影响因素较多，条件控制的难度也较大。为此，许多新的简单实用的方法正在被开发。文献[1]以蔗糖、草酸等为原料，采用一步水热法制备了硅纳米颗粒镶嵌于多孔碳微球中的复合材料。文献[2]通过化学气相沉积（CVD）方法生产碳涂层，其中选择乙炔作为碳前体。该材料以CaCO₃作为模板, 经CVD在硅@CaCO₃微球上沉积一层无定形碳,然后用稀盐酸刻蚀掉CaCO₃模板,便得到具有中空结构的硅碳复合材料。文献[3]将纳米硅颗粒均匀溶解在柠檬酸的乙醇溶液中，400℃下通过喷雾干燥法制得无定形碳包覆硅的核壳复合结构。文献[4]以聚丙烯腈为碳源，采用静电纺丝工艺制备了核壳结构的硅/碳纳米纤维复合电极材料, 碳纳米纤维形成的碳壳将硅纳米颗粒包裹在核心。文献[5]以聚乙烯醇 (PVA) 为碳源, 采用惰性气氛下高温热解法对硅纳米颗粒进行碳包覆, 得到碳壳层厚度为5~10 nm厚的硅碳复合材料。文献[6]采用高能球磨法将石墨和硅粉混合制得硅/石墨复合材料。文献[7]采用溶胶–凝胶法在硅纳米颗粒表面包覆一层SiO₂壳层, 以蔗糖为碳源进行热解碳包覆, 将SiO₂用HF刻蚀后得到蛋黄–壳结构复合材料。文献[8]利用化学合成法得到酚醛聚合物–硅复合材料, 然后在惰性气氛下碳化得到Si/SiO_x/碳纤维复合材料。文献[9]以聚多巴胺为碳源合成出蛋黄–壳复合材料 。文献[10]通过将硅纳米颗粒和氧化石墨烯混合液冻干后, 在含有10% (体积分数) H₂的Ar气氛下热还原制备硅/石墨烯复合材料。文献[11]先将聚苯胺接枝到硅纳米颗粒表面, 随后利用聚苯胺与石墨烯间的π–π作用和静电引力, 在颗粒表面自组装包覆石墨烯后, 经高温碳化得到Si@C/G复合材料。

到目前为止，以苯胺为原料，利用醇溶剂法合成硅碳微球的方法的文献和专利还未见公开报道。

参考文献：