CN110655056B - 一种多孔纳米硅碳复合材料的制备方法 - Google Patents

一种多孔纳米硅碳复合材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110655056B
CN110655056B CN201910959536.9A CN201910959536A CN110655056B CN 110655056 B CN110655056 B CN 110655056B CN 201910959536 A CN201910959536 A CN 201910959536A CN 110655056 B CN110655056 B CN 110655056B
Authority
CN
China
Prior art keywords
stage
carbon composite
composite material
nano silicon
porous nano
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910959536.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110655056A (zh
Inventor
朱聪旭
张博文
武玺旺
徐晓敏
崔灿
岳红伟
李婷婷
铁伟伟
何伟伟
郑直
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xuchang University
Original Assignee
Xuchang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xuchang University filed Critical Xuchang University
Priority to CN201910959536.9A priority Critical patent/CN110655056B/zh
Publication of CN110655056A publication Critical patent/CN110655056A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110655056B publication Critical patent/CN110655056B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C01B33/021—Preparation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明公开了一种多孔纳米硅碳复合材料的制备方法，属于功能纳米材料制备方法技术领域，包括以下步骤：将滑石粉和镁粉混合均匀，通过干压成型将混合后物料压制成块状，将压制后块状物置于程序可控高温管式炉中，采用分段加热方式制得多孔纳米硅碳复合材料粗品，将制备的多孔纳米硅碳复合材料粗品经酸洗、水洗、离心、干燥工艺得到多孔纳米硅碳复合材料；本发明制备方法工艺简单，原料价格低廉，制备成本低，无环境污染且安全，并且所制得的多孔纳米硅碳复合材料具有均匀的纳米孔洞结构、硅‑碳材料比例可调控，没有杂质，可应用于能量存储材料领域。

Description

一种多孔纳米硅碳复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于功能纳米材料制备方法技术领域，具体涉及一种多孔纳米硅碳复合材料的制备方法。
背景技术
石墨作为目前常用的商用锂离子电池负极材料，其理论比容量仅有372mAh·g-1，且在高倍率下充放电性能较差，在电介质中的稳定性也较差，已不能满足能量存储材料的发展需求；为此，硅作为丰量元素材料且其具有4200mAh·g-1的超高理论比容量、较低的充放电电压等诸多优点，已成为未来高能量密度动力电池存储材料的不二之选，然而，硅材料在充放电过程中由于具有较大的体积变化，造成其循环稳定性较差，为了克服这一难题，目前发展了一些硅的合金化、硅复合材料、硅的纳米化等方法，特别是将硅与碳材料的复合，结合两种材料的优点，可以大幅提高硅基材料的循环稳定性，然而，目前制备纳米硅碳复合材料的方法主要包括气体裂解法、直接混合法等，这些方法存在爆炸风险、环境污染、工艺复杂且成本高等缺点，大大限制了硅碳复合材料的应用进程。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种多孔纳米硅碳复合材料的制备方法，本发明利用滑石粉中含有的硅元素作为硅源，通过与镁的原位还原反应并进一步利用多余的镁还原二氧化碳，后经酸洗、干燥等处理得到纳米多孔硅碳复合材料，此方法制备得到的纳米多孔硅碳复合材料可应用于能量存储材料领域。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种多孔纳米硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，将生滑石粉煅烧，制得煅烧滑石粉D1；
S2，将D1与镁粉充分混合均匀，并压制成块体，制得混合块状材料MD1；
S3，将MD1分段煅烧处理，制得纳米多孔硅碳复合材料粗品SMD1；
S4，将SMD1经酸洗、去离子水和无水乙醇交替清洗、离心和干燥处理，制得多孔纳米硅碳复合材料。
优选地，所述S1中生滑石粉煅烧工艺为升温速率为3～5℃/min，保温温度为680～720℃，保温90～150min，保温结束后按3～15℃/min的降温速率降到300℃后随炉冷却。
优选地，所述S2中D1与镁粉的质量比为1:1～3。
优选地，所述S2中压制成块体采用的是干压成型技术，压制压强为50～200MPa，保压时间为3～10min。
优选地，所述S3中分段煅烧分为六个阶段，分别为：
第一阶段：由室温升至600～630℃；第二阶段：在600～630℃保温2～3h；第三阶段：由第二阶段结束后升温至700～720℃；第四阶段：在700～720℃保温2～3h；第五阶段：由第四阶段结束后按照5～10℃/min降温速率降温至300℃；第六阶段：由300℃随炉冷却至室温。
优选地，所述第一阶段和第二阶段真空度分别小于0.01Pa，第三阶段至第六阶段分别通入二氧化碳气体，且气体流量为20ml/min。
优选地，所述S4的酸洗具体为首先将S3得到的SMD1粉在30～50vol％盐酸中浸泡6～12h,然后离心取下层沉淀并用去离子水清洗至中性，进一步浸泡在10～25vol％的氢氟酸中3～6h。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明制备方法工艺简单，原料价格低廉，制备成本低，无环境污染且安全，并且所制得的多孔纳米硅碳复合材料具有均匀的纳米孔洞结构、硅-碳材料比例可调控，没有杂质，可应用于能量存储材料领域。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的多孔纳米硅碳复合材料的SEM图；
图2为本发明实施例1制得的多孔纳米硅碳复合材料的拉曼分析图；
图3为本发明实施例1制得的多孔纳米硅碳复合材料的差热热重分析图；
图4为本发明实施例2制备的多孔纳米硅碳复合材料的SEM图；
图5为本发明实施例2制备的多孔纳米硅碳复合材料的拉曼分析图；
图6为本发明实施例2制备的多孔纳米硅碳复合材料的差热热重分析图；
图7为本发明实施例3制备的多孔纳米硅碳复合材料的SEM图；
图8为本发明实施例3制备的多孔纳米硅碳复合材料的拉曼分析图；
图9为本发明实施例3制备的多孔纳米硅碳复合材料的差热热重分析图；
图10为本发明实施例4制备的多孔纳米硅碳复合材料的拉曼分析图；
图11为本发明实施例5制备的多孔纳米硅碳复合材料的拉曼分析图；
图12为本发明实施例6制备的多孔纳米硅碳复合材料的拉曼分析图；
图13为本发明实施例7制备的多孔纳米硅碳复合材料的拉曼分析图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
下面各实施例中未注明具体条件的试验方法，均按照本领域的常规方法和条件进行，所用的材料若无特殊说明均为市售。
实施例1
一种多孔纳米硅碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将生滑石粉装入刚玉坩埚中，然后放入管式炉内进行煅烧，煅烧生滑石粉的工艺为升温速率为4℃/min，保温温度为700℃，保温100min，保温结束后按15℃/min的降温速率降到300℃后随炉冷却，得到煅烧滑石粉D1；
步骤2，将步骤1中制得的D1按照D1与镁粉质量比为1:1充分混合均匀，并采用干压成型在50MPa，保压10min压制成块体，得到混合块状材料MD1；
步骤3，将步骤2中制得的MD1放入刚玉坩埚，并在管式炉中分六段煅烧处理，分别为：第一阶段——由室温升至600℃、第二阶段——在600℃保温3h、第三阶段——由第二阶段结束后升温至700℃、第四阶段——在700℃保温3h、第五阶段——由第四阶段结束后按照5℃/min降温速率降温至300℃、第六阶段——由300℃随炉冷却至室温，其中，在第一阶段和第二阶段为经抽真空至真空度小于0.01Pa进行，第三阶段至第六阶段为通入二氧化碳气体，气体流量为20ml/min，得到纳米多孔硅碳复合材料粗品SMD1；
步骤4，将步骤3得到的SMD1首先在30vol％盐酸中浸泡12h，然后将样品离心并用去离子水清洗至中性，进一步将样品浸泡在10vol％的氢氟酸中6h，最后经去离子水和无水乙醇交替清洗、离心和干燥处理，干燥温度为100℃，干燥时间为12h，得到多孔纳米硅碳复合材料。
图1给出了实施例1制备的多孔纳米硅碳复合材料的扫描电子显微镜图像，由图1可知，样品为多孔纳米结构的显微形貌；图2给出了实施例1制备的复合材料的拉曼分析图，由图2可知，样品中存在明显的硅的拉曼位移信号和碳的D峰和G峰，说明所制备的材料为硅碳复合材料；图3为实施例1制备的复合材料的热重分析，由图3可知，在600℃附近有一个明显的放热峰，对应的是所制备复合材料中的碳的燃烧放热，多孔纳米硅碳复合材料中碳的占比为35wt％。
实施例2
一种多孔纳米硅碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将生滑石粉装入刚玉坩埚中，然后放入管式炉内进行煅烧，煅烧生滑石粉的工艺为升温速率为5℃/min，保温温度为720℃，保温90min，保温结束后按4℃/min的降温速率降到300℃后随炉冷却，得到煅烧滑石粉D1；
步骤2，将步骤1中制得的D1按照D1与镁粉质量比为1:3充分混合均匀，并采用干压成型在200MPa，保压3min压制成块体，得到混合块状材料MD1；
步骤3，将步骤2中制得的MD1放入刚玉坩埚，并在管式炉中分六段煅烧处理，分别为：第一阶段——由室温升至620℃、第二阶段——在620℃保温2.5h、第三阶段——由第二阶段结束后升温至720℃、第四阶段——在720℃保温2h、第五阶段——由第四阶段结束后按照10℃/min降温速率降温至300℃、第六阶段——由300℃随炉冷却至室温，其中，在第一阶段和第二阶段为经抽真空至真空度小于0.01Pa进行，第三至第六阶段为通入二氧化碳气体，气体流量为20ml/min，得到纳米多孔硅碳复合材料粗品SMD1；
步骤4，将步骤3得到的SMD1首先在50vol％盐酸中浸泡6h，然后将样品离心并用去离子水清洗至中性，进一步将样品浸泡在25vol％的氢氟酸中3h，最后经去离子水和无水乙醇交替清洗、离心和干燥处理，干燥温度为100℃，干燥时间为12h，得到多孔纳米硅碳复合材料。
图4给出了实施例2制备的多孔纳米硅碳复合材料的扫描电子显微镜图像，由图4可知，样品为多孔纳米结构的显微形貌；图5给出了实施例2制备的多孔纳米硅碳复合材料的拉曼分析图，由图5可知，样品中存在明显的硅的拉曼位移信号和碳的D峰和G峰，说明所制备的材料为硅碳复合材料；图6为实施例2制备的多孔纳米硅碳复合材料的热重分析，由图6可知，在670℃附近有一个明显的放热峰，对应的是所制备复合材料中的碳的燃烧放热，多孔纳米硅碳复合材料中碳的占比为47wt％。
实施例3
一种多孔纳米硅碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将生滑石粉装入刚玉坩埚中，然后放入管式炉内进行煅烧，煅烧生滑石粉的工艺为升温速率为4℃/min，保温温度为680℃，保温150min，保温结束后按4℃/min的降温速率降到300℃后随炉冷却，得到煅烧滑石粉D1；
步骤2，将步骤1中制得的D1按照D1与的镁粉质量比为1:1.5充分混合均匀，并采用干压成型在100MPa，保压5min压制成块体，得到混合块状材料MD1；
步骤3，将步骤2中制得的MD1放入刚玉坩埚，并在管式炉中分六段煅烧处理，分别为：第一阶段——由室温升至630℃、第二阶段——在630℃保温2h、第三阶段——由第二阶段结束后升温至710℃、第四阶段——在710℃保温2.5h、第五阶段——由第四阶段结束后按照10℃/min降温速率降温至300℃、第六阶段——由300℃随炉冷却至室温，其中，在第一阶段和第二阶段为经抽真空至真空度小于0.01Pa进行，第三至第六阶段为通入二氧化碳气体，气体流量为20ml/min，得到纳米多孔硅碳复合材料粗品SMD1；
步骤4，将步骤3得到的SMD1首先在40vol％盐酸中浸泡10h，然后将样品离心并用去离子水清洗至中性，进一步将样品浸泡在15vol％的氢氟酸中5h，最后经去离子水和无水乙醇交替清洗、离心和干燥处理，干燥温度为100℃，干燥时间为12h，得到多孔纳米硅碳复合材料。
图7给出了实施例3制备的多孔纳米硅碳复合材料的扫描电子显微镜图像，由图7可知，样品为多孔纳米结构的显微形貌；图8给出了实施例3制备的多孔纳米硅碳复合材料的拉曼分析图，由图8可知，样品中存在明显的硅的拉曼位移信号和碳的D峰和G峰，说明所制备的材料为硅碳复合材料；图9为实施例3制备的多孔纳米硅碳复合材料的热重分析，由图9可知，在620℃附近有一个明显的放热峰，对应的是所制备复合材料中的碳的燃烧放热，多孔纳米硅碳复合材料中碳的占比为40wt％。
实施例4
一种多孔纳米硅碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将生滑石粉装入刚玉坩埚中，然后放入管式炉内进行煅烧，煅烧生滑石粉的工艺为升温速率为3℃/min，保温温度为700℃，保温100min，保温结束后按3℃/min的降温速率降到300℃后随炉冷却，得到煅烧滑石粉D1；
步骤2，将步骤1中制得的D1按照D1与的镁粉质量比为1:2.5为充分混合均匀，并采用干压成型在50MPa，保压10min压制成块体，得到混合块状材料MD1；
步骤3，将步骤2中制得的MD1放入刚玉坩埚，并在管式炉中分六段煅烧处理，分别为：第一阶段——由室温升至600℃、第二阶段——在600℃保温3h、第三阶段——由第二阶段结束后升温至700℃、第四阶段——在700℃保温3h、第五阶段——由第四阶段结束后按照5℃/min降温速率降温至300℃、第六阶段——由300℃随炉冷却至室温，其中，在第一阶段和第二阶段为经抽真空至真空度小于0.01Pa进行，第三至第六阶段为通入二氧化碳气体，气体流量为20ml/min，得到纳米多孔硅碳复合材料粗品SMD1；
步骤4，将步骤3得到的SMD1首先在30vol％盐酸中浸泡12h，然后将样品离心并用去离子水清洗至中性，进一步将样品浸泡在10vol％的氢氟酸中6h，最后经去离子水和无水乙醇交替清洗、离心和干燥处理，干燥温度为100℃，干燥时间为12h，得到多孔纳米硅碳复合材料。
图10给出了实施例4制备的多孔纳米硅碳复合材料的拉曼分析图，由图10可知，样品中存在明显的硅的拉曼位移信号和碳的D峰和G峰，说明所制备的材料为硅碳复合材料。
实施例5
一种多孔纳米硅碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将生滑石粉装入刚玉坩埚中，然后放入管式炉内进行煅烧，煅烧生滑石粉的工艺为升温速率为5℃/min，保温温度为720℃，保温90min，保温结束后按4℃/min的降温速率降到300℃后随炉冷却，得到煅烧滑石粉D1；
步骤2，将步骤1中制得的D1按照D1与的镁粉质量比为1:2.2充分混合均匀，并采用干压成型在200MPa，保压3min压制成块体，得到混合块状材料MD1；
步骤3，将步骤2中制得的MD1放入刚玉坩埚，并在管式炉中分六段煅烧处理，分别为：第一阶段——由室温升至620℃、第二阶段——在620℃保温2h、第三阶段——由第二阶段结束后升温至720℃、第四阶段——在720℃保温2h、第五阶段——由第四阶段结束后按照10℃/min降温速率降温至300℃、第六阶段——由300℃随炉冷却至室温，其中，在第一阶段和第二阶段为经抽真空至真空度小于0.01Pa进行，第三至第六阶段为通入二氧化碳气体，气体流量为20ml/min，得到纳米多孔硅碳复合材料粗品SMD1；
步骤4，将步骤3得到的SMD1首先在50vol％盐酸中浸泡6h，然后将样品离心并用去离子水清洗至中性，进一步将样品浸泡在25vol％的氢氟酸中3h，最后经去离子水和无水乙醇交替清洗、离心和干燥处理，干燥温度为100℃，干燥时间为12h，得到多孔纳米硅碳复合材料。
图11给出了实施例5制备的多孔纳米硅碳复合材料的拉曼分析图，由图11可知，样品中存在明显的硅的拉曼位移信号和碳的D峰和G峰，说明所制备的材料为硅碳复合材料。
实施例6
一种多孔纳米硅碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将生滑石粉装入刚玉坩埚中，然后放入管式炉内进行煅烧，煅烧生滑石粉的工艺为升温速率为4℃/min，保温温度为680℃，保温150min，保温结束后按4℃/min的降温速率降到300℃后随炉冷却，得到煅烧滑石粉D1；
步骤2，将步骤1中制得的D1按照D1与的镁粉质量比为1:2充分混合均匀，并采用干压成型在100MPa，保压5min压制成块体，得到混合块状材料MD1；
步骤3，将步骤2中制得的MD1放入刚玉坩埚，并在管式炉中分六段煅烧处理，分别为：第一阶段——由室温升至630℃、第二阶段——在630℃保温2h、第三阶段——由第二阶段结束后升温至710℃、第四阶段——在710℃保温2.5h、第五阶段——由第四阶段结束后按照8℃/min降温速率降温至300℃、第六阶段——由300℃随炉冷却至室温，其中，在第一阶段和第二阶段为经抽真空至真空度小于0.01Pa进行，第三至第六阶段为通入二氧化碳气体，气体流量为20ml/min，得到纳米多孔硅碳复合材料粗品SMD1；
步骤4，将步骤3得到的SMD1首先在40vol％盐酸中浸泡10h，然后将样品离心并用去离子水清洗至中性，进一步将样品浸泡在15vol％的氢氟酸中5h，最后经去离子水和无水乙醇交替清洗、离心和干燥处理，干燥温度为100℃，干燥时间为12h，得到多孔纳米硅碳复合材料。
图12给出了实施例6制备的多孔纳米硅碳复合材料的拉曼分析图，由图12可知，样品中存在明显的硅的拉曼位移信号和碳的D峰和G峰，说明所制备的材料为硅碳复合材料。
实施例7
一种多孔纳米硅碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将生滑石粉装入刚玉坩埚中，然后放入管式炉内进行煅烧，煅烧生滑石粉的工艺为升温速率为4℃/min，保温温度为700℃，保温150min，保温结束后按4℃/min的降温速率降到300℃后随炉冷却，得到煅烧滑石粉D1；
步骤2，将步骤1中制得的D1按照D1与的镁粉质量比为1:1.25充分混合均匀，并采用干压成型在100MPa，保压5min压制成块体，得到混合块状材料MD1；
步骤3，将步骤2中制得的MD1放入刚玉坩埚，并在管式炉中分六段煅烧处理，分别为：第一阶段——由室温升至630℃、第二阶段——在630℃保温2h、第三阶段——由第二阶段结束后升温至710℃、第四阶段——在710℃保温2.5h、第五阶段——由第四阶段结束后按照10℃/min降温速率降温至300℃、第六阶段——由300℃随炉冷却至室温，其中，在第一阶段和第二阶段为经抽真空至真空度小于0.01Pa进行，第三至第六阶段为通入二氧化碳气体，气体流量为20ml/min，得到纳米多孔硅碳复合材料粗品SMD1；
步骤4，将步骤3得到的SMD1首先在40vol％盐酸中浸泡10h，然后将样品离心并用去离子水清洗至中性，进一步将样品浸泡在15vol％的氢氟酸中5h，最后经去离子水和无水乙醇交替清洗、离心和干燥处理，干燥温度为100℃，干燥时间为12h，得到多孔纳米硅碳复合材料。
图13给出了实施例7制备的多孔纳米硅碳复合材料的拉曼分析图，由图13可知，样品中存在明显的硅的拉曼位移信号和碳的D峰和G峰，说明所制备的材料为硅碳复合材料。
综上所述，本发明制备方法工艺简单，原料价格低廉，制备成本低，无环境污染且安全，并且所制得的多孔纳米硅碳复合材料具有均匀的纳米孔洞结构、硅-碳材料比例可调控，没有杂质，可应用于能量存储材料领域。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种多孔纳米硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将生滑石粉煅烧，制得煅烧滑石粉D1；
生滑石粉煅烧工艺为升温速率为3～5℃/min，保温温度为680～720℃，保温90～150min，保温结束后按3～15℃/min的降温速率降到300℃后随炉冷却；
S2，将D1与镁粉充分混合均匀，并压制成块体，制得混合块状材料MD1；
D1与镁粉的质量比为1:1～3；
S3，将MD1分段煅烧处理，制得纳米多孔硅碳复合材料粗品SMD1；
分段煅烧分为六个阶段，分别为：
第一阶段：由室温升至600～630℃；第二阶段：在600～630℃保温2～3h；第三阶段：由第二阶段结束后升温至700～720℃；第四阶段：在700～720℃保温2～3h；第五阶段：由第四阶段结束后按照5～10℃/min降温速率降温至300℃；第六阶段：由300℃随炉冷却至室温；
所述第一阶段和第二阶段真空度分别小于0.01Pa，第三阶段至第六阶段分别通入二氧化碳气体，且气体流量为20ml/min；
S4，将SMD1经酸洗、去离子水和无水乙醇交替清洗、离心和干燥处理，制得多孔纳米硅碳复合材料。
2.根据权利要求1所述的多孔纳米硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述S2中压制成块体采用的是干压成型技术，压制压强为50～200MPa，保压时间为3～10min。
3.根据权利要求1所述的多孔纳米硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述S4的酸洗具体为首先将S3得到的SMD1粉在30～50vol％盐酸中浸泡6～12h,然后离心取下层沉淀并用去离子水清洗至中性，进一步浸泡在10～25vol％的氢氟酸中3～6h。
CN201910959536.9A 2019-10-10 2019-10-10 一种多孔纳米硅碳复合材料的制备方法 Active CN110655056B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910959536.9A CN110655056B (zh) 2019-10-10 2019-10-10 一种多孔纳米硅碳复合材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910959536.9A CN110655056B (zh) 2019-10-10 2019-10-10 一种多孔纳米硅碳复合材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110655056A CN110655056A (zh) 2020-01-07
CN110655056B true CN110655056B (zh) 2021-06-29

Family

ID=69040460

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910959536.9A Active CN110655056B (zh) 2019-10-10 2019-10-10 一种多孔纳米硅碳复合材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110655056B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111554922B (zh) * 2020-04-14 2022-04-01 合肥国轩电池材料有限公司 一种倍率型磷酸铁锂的制备方法
CN112786854B (zh) * 2021-01-15 2022-09-30 清华大学深圳国际研究生院 核壳式硅碳复合材料、制备方法及应用
CN113809306B (zh) * 2021-09-17 2023-03-28 中国科学院广州地球化学研究所 利用黑滑石制备硅-碳纳米复合材料的方法、产品及应用

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102208636A (zh) * 2011-05-12 2011-10-05 北京科技大学 一种以硅藻土为原料制备多孔硅/炭复合材料及应用
CN105826527A (zh) * 2016-03-22 2016-08-03 浙江大学 一种多孔硅-碳复合材料及其制备方法和应用
CN107482206A (zh) * 2017-09-10 2017-12-15 绵阳梨坪科技有限公司 一种锂离子电池用稳定性佳复合负极材料的制备方法
CN107565136A (zh) * 2017-08-11 2018-01-09 湖北国土资源职业学院 一种基于累托石的多孔硅碳复合材料制备方法及其产品
CN108206270A (zh) * 2018-01-18 2018-06-26 许昌学院 一种碳纳米片包覆纳米硅复合材料的原位制备方法
CN108290740A (zh) * 2015-11-25 2018-07-17 康宁股份有限公司 多孔硅组合物和装置以及其方法
CN109286014A (zh) * 2018-11-23 2019-01-29 浙江众泰汽车制造有限公司 一种表面改性的硅碳复合材料及其制备方法和应用
WO2019051035A1 (en) * 2017-09-07 2019-03-14 Washington State University BATTERIES WITH MACRO-POROUS SILICON ANODES COATED WITH CARBON
CN109786704A (zh) * 2019-01-15 2019-05-21 江汉大学 一种基于含二氧化硅矿物的硅碳复合材料制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10862116B2 (en) * 2013-06-21 2020-12-08 Unist (Ulsan National Institute Of Science And Technology) Porous silicon based negative electrode active material, method for manufacturing the same, and rechargeable lithium battery including the same
CN109244401A (zh) * 2018-09-04 2019-01-18 南京工业大学 一种采用镁热还原法制备的多孔纳米硅碳复合材料及其制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102208636A (zh) * 2011-05-12 2011-10-05 北京科技大学 一种以硅藻土为原料制备多孔硅/炭复合材料及应用
CN108290740A (zh) * 2015-11-25 2018-07-17 康宁股份有限公司 多孔硅组合物和装置以及其方法
CN105826527A (zh) * 2016-03-22 2016-08-03 浙江大学 一种多孔硅-碳复合材料及其制备方法和应用
CN107565136A (zh) * 2017-08-11 2018-01-09 湖北国土资源职业学院 一种基于累托石的多孔硅碳复合材料制备方法及其产品
WO2019051035A1 (en) * 2017-09-07 2019-03-14 Washington State University BATTERIES WITH MACRO-POROUS SILICON ANODES COATED WITH CARBON
CN107482206A (zh) * 2017-09-10 2017-12-15 绵阳梨坪科技有限公司 一种锂离子电池用稳定性佳复合负极材料的制备方法
CN108206270A (zh) * 2018-01-18 2018-06-26 许昌学院 一种碳纳米片包覆纳米硅复合材料的原位制备方法
CN109286014A (zh) * 2018-11-23 2019-01-29 浙江众泰汽车制造有限公司 一种表面改性的硅碳复合材料及其制备方法和应用
CN109786704A (zh) * 2019-01-15 2019-05-21 江汉大学 一种基于含二氧化硅矿物的硅碳复合材料制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Variation in Crystalline Phases: Controlling the Selectivity between Silicon and Silicon Carbide via Magnesiothermic Reduction using Silica/Carbon Composites";Jihoon Ahn et al;《Chem. Mater.》;20160207;第28卷;第1526-1536页 *
"镁热还原法制备多孔硅碳复合负极材料";陶华超 等;《硅酸盐学报》;20130815;第41卷(第8期);第1046-1050页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110655056A (zh) 2020-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110655056B (zh) 一种多孔纳米硅碳复合材料的制备方法
CN108273541B (zh) 一种绿色高效制备石墨相氮化碳纳米片的方法和应用
WO2020098094A1 (zh) 一种制备高纯碳化硅粉料的方法
CN107151014B (zh) 一种生物多孔碳基锂硫电池正极材料及其制备方法
CN110518213A (zh) 一种多孔硅-碳纳米管复合材料及其制备方法和应用
CN107032318B (zh) 一种片状含氮碳材料及其制备方法
CN108987733B (zh) 一种锂离子电池负极材料活性多孔碳@FeS的制备方法
CN109233124B (zh) 一种聚苯乙烯-氧化石墨烯复合块体材料、石墨烯基多孔块体材料及其制备方法
CN111162266B (zh) 一种碳包覆二维硅及其制备方法与应用
CN110330014B (zh) 用于超级电容器电极材料的淀粉多孔碳微球的制备方法
CN112225209B (zh) 一种利用可膨胀石墨制备石墨烯的方法
CN112174119B (zh) 一种抗生素菌渣制备泡沫石墨烯的方法
CN111470508B (zh) 一种生物氧化亚硅的碳复合方法及其产物
CN111009644B (zh) 纳米多孔铜表面修饰MnO/石墨烯复合电极的制备方法
CN108039467B (zh) 海绵状硅粉及其制备方法及应用其的锂离子电池
CN114014325B (zh) 一种镁热还原制备多孔硅负极材料的方法及反应装置
CN111952569B (zh) 一种用于锂离子电池的氧化硅基负极材料及其制备方法
CN113104841B (zh) 一种制备少层三维石墨烯高性能阳极复合碳材料的方法
CN105417543B (zh) 一种纳米多孔硅电极材料的制备工艺
CN110739454B (zh) 一种负极材料及其制备方法
CN109824036B (zh) 高温碳化固体炭材料石墨烯化的方法
CN108011091B (zh) 铟铋合金包覆镁硅铁颗粒制备硅铁粉的方法及硅铁粉
CN108039484B (zh) 海绵状硅粉及其制备方法以及锂离子电池
CN113130873A (zh) 一种多孔铋-碳材料、制备方法及其应用
CN112110434A (zh) 一种多孔碳的合成方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant