[发明专利]一种内嵌金属纳米颗粒的多孔硅复合粉体

说明书

一种内嵌金属纳米颗粒的多孔硅复合粉体，属复合材料领域。产品的硅粉颗粒内部有中空的三维网络孔道，孔道内分布有金属颗粒，硅粉粒径0.3‑2.0μm，金属颗粒粒径20‑100nm；将原料硅粉加入无水乙醇中，超声分散得硅粉悬浮液A；将乙醇、氟化氢、双氧水、去离子水按比例混匀得溶液B；将金属硝酸盐AgNO₃、Cu(NO₃)₂、AuNO₃、Pt(NO₃)₂、Pd(NO₃)₂中的一种或几种与溶液B混合，得金属刻蚀溶液C；将1份体积的溶液A与1.0～2.0份体积的溶液C混合，于30‑85℃磁力搅拌，经抽滤、洗涤至中性，干燥即得。粉体的孔道内嵌入纳米金属颗粒，能提高导电性及作为电池负极材料的电化学稳定性，提高锂电池的比容量及循环稳定性；此外，硅粉原料简单易得，粒度范围宽，成本低。

技术领域

本发明属复合材料领域，具体涉及一种内嵌金属纳米颗粒的多孔硅复合粉体。

背景技术

硅具有资源储备丰富、生产成本低廉、无毒的特点，同时由于其理论比容量高(高达4200mAh g^-1)，适合做嵌锂平台，因而被认为是下一代锂离子电池中最有希望的负极材料之一；但硅负极材料是半导体，导电性差，不利于锂离子和电子在高速率下的快速传导；并且在嵌/脱锂过程中会产生巨大的体积膨胀(高达300％)，极易导致电极粉化，影响电池的循环稳定性，致使硅负极在锂离子电池中的商业应用受限。

目前对高容量硅负极材料的改性主要采用表面包覆、掺杂、复合等方法。专利申请号为2019110338553的文件公布了一种导电型聚合物包覆硅基复合材料的制备方法，利用湿法球磨，制备纳米硅银复合材料，再对其包覆导电聚合物，该方法硅粉、银粉在球磨过程中仅为简单混合，未在硅粉内部形成有效的电子传输途径，且球磨过程中易引入杂质。

专利申请号为201911014074X的文件公布了一种掺杂镍银合金颗粒硅碳负极材料的制备方法，该方法利用镍粉、银粉与硅粉的混合球磨制备纳米硅和镍银合金的复合材料，这种掺杂镍银合金的硅粉，仅为镍银合金粉体与硅粉体的简单混合，未对硅粉的结构进行改进设计。

专利申请号为2019107796541的文件公布了锂离子电池光还原银修饰纳米硅负极及其制备方法，该方法采用光还原法制备表面修饰银纳米颗粒的纳米硅负极材料，不但依赖光源进行催化，且原料硅粉粒径须小于200纳米，制备出的硅负极材料仅在表面修饰包覆银颗粒。

专利申请号为201910000324.8的文件公布了一种金刚线切割硅废料制备锂离子电池负极材料的方法，在硅表面刻蚀出不是三维联通的网络结构的多孔，随后将金属粒子洗涤除去，必须对多孔硅进行有机碳物质包覆处理，才能减少多孔硅在充放电过程的体积膨胀问题。该技术所得碳包覆多孔硅负极的比容量为989-1456mA〃h/g。

总之，现有技术只在硅粉外表面包覆、混合获得金属颗粒，不能获得三维孔道网络来解决硅基复合粉体作为负极材料的体积膨胀问题；不能在硅粉内部嵌入金属颗粒，形成有效的电子传输通道。

发明内容

本发明的目的在于解决硅负极材料循环稳定性差、导电性差的问题，并针对现有技术的缺点，提供一种内嵌金属纳米颗粒的多孔硅复合粉体。

本发明产品内嵌纳米金属纳米颗粒的多孔硅复合粉体，其特征在于：硅粉颗粒内部有中空的三维网络孔道，孔道内分布有金属颗粒，所述硅粉粒径为0.3-2.0μm，所述金属颗粒为Au、Ag、Cu、Pt、Pd中的一种或两种以上，粒径为20-100nm，所述粉体按以下步骤制取得到：

(1)制备硅粉悬浮液A：将粒径为0.3～2.0μm的原料硅粉加入无水乙醇中，原料硅粉与无水乙醇的质量比为(2～5):100，拌匀后进行超声分散得硅粉悬浮液A；

所述原料硅粉可以为多晶、单晶硅粉中的一种或两种的混合物；