[发明专利]一种硅银碳纳米杂化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种硅银碳纳米杂化材料及其制备方法和应用。硅银碳纳米杂化材料由硅纳米粒子、超小银纳米粒子分布在连续碳基质内，银纳米粒子尺寸范围在1nm～5nm。该材料是采用超声方法将银盐溶解在环氧树脂的固化剂多元胺中，经固化，煅烧制备而成。本发明所制得的连续碳基质有效的抑制了硅在循环过程中的体积效应，实验通过技术改性，在硅碳负极中引入了超小银纳米粒子，超小银纳米粒子的存在有利于在充放电过程中形成更多发射电场，从而构建出高速导电通道，实现了硅基负极倍率性能大幅度改善。

技术领域

本发明属于高分子无机纳米杂化材料领域，涉及一种硅银碳纳米杂化材料和制备方法，以及该材料在锂离子电池负极中的应用。

背景技术

目前商业化的锂离子电池负极材料是石墨，其理论比容量为372mAhg^-1，作为石墨负极的可替代材料，硅的理论比容量是石墨的十倍之多(4200mAhg^-1)，且硅在地壳元素含量中排名第二，环境友好。因而被视为最有潜力的下一代锂离子电池负极替代材料。但是硅材料自身的缺陷限制了它的应用。比如：导电性差，在充放电过程中难以形成良好的导电网络，不利于锂离子快速嵌入和脱出。另一方面，在充放电的过程中，硅具有严重的体积效应(放电过程中出现300％体积收缩)，针对硅基负极材料的改性，科研工作者主要从三方面着手：纳米化，复合化以及结构设计。

发明内容

本发明的一种目的是针对现有技术的不足，提供一种硅银碳纳米杂化材料，由硅纳米粒子、超小银纳米粒子分布在连续碳基质内，银纳米粒子尺寸范围在1nm～5nm；该材料是采用超声方法将银盐溶解在环氧树脂的固化剂多元胺中，经固化，煅烧制备而成。

本发明的另一个目的是提供上述硅银碳纳米杂化材料的制备方法，该方法的具体步骤是：

步骤(1)、首先将银盐通过超声溶解到多元胺中，获得多元胺-银离子复合材料；其中银盐与多元胺的质量比为0.01～1：1；

所述的银盐为醋酸银、氯酸银、氟化银、高氯酸银等中的一种或者几种；

所述的多元胺为聚醚胺D400、聚醚胺D230、乙二胺、二乙烯三胺、异氟尔酮二胺中的一种或者几种；

步骤(2)、将硅纳米粒子加入到环氧树脂中，然后与步骤(1)得到的多元胺-银离子复合材料混合并搅拌10-15分钟，最后将混合物注入到聚四氟乙烯模具中，并移入烘箱进行固化。硅纳米粒子与环氧树脂质量比为0.01～0.2:1。环氧树脂与多元胺-银离子复合材料的质量比为5～50:1；

固化条件为：温度采用80～90℃，反应时间为30～60分钟；

所述硅纳米粒子尺寸为10～700nm；

所述的环氧树脂为DER331，E40，E42，E44，E51等树脂中的一种或者多种；环氧树脂用量依据多元胺用量以及环氧树脂环氧值计算确定。

步骤(3)、将步骤(2)将所得固体放在刚玉坩埚中，于管式炉内在惰性气体气氛下煅烧，得到硅银碳纳米杂化粉体；

惰性气体气氛为氩气、氮气、氩气/氢气、氮气/氢气中的一种；

所述的煅烧温度为500～1100℃，煅烧时间为1～24h；

硅银碳纳米杂化粉体中银纳米粒子尺寸范围在1nm～5nm。

本发明的另一个目的是研究得到的硅银碳纳米杂化材料在锂离子电池负极材料方面的应用。