CN112479177A - 一种有序介孔硅碳复合材料的制备方法 - Google Patents
一种有序介孔硅碳复合材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112479177A CN112479177A CN202011344104.6A CN202011344104A CN112479177A CN 112479177 A CN112479177 A CN 112479177A CN 202011344104 A CN202011344104 A CN 202011344104A CN 112479177 A CN112479177 A CN 112479177A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon
- ordered
- silicon
- composite material
- ordered mesoporous
- 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.)
- Pending
Links
- 239000002153 silicon-carbon composite material Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical group C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical class [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 claims abstract description 20
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 20
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 17
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 13
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 13
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims description 10
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 7
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- DZGCGKFAPXFTNM-UHFFFAOYSA-N ethanol;hydron;chloride Chemical compound Cl.CCO DZGCGKFAPXFTNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 6
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 claims description 3
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 3
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 claims description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 claims description 2
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 125000000185 sucrose group Chemical group 0.000 claims description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 abstract description 5
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical group CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 description 2
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N [C].[Si] Chemical compound [C].[Si] HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- XQSBLCWFZRTIEO-UHFFFAOYSA-N hexadecan-1-amine;hydrobromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[NH3+] XQSBLCWFZRTIEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000005543 nano-size silicon particle Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 230000010076 replication Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229940045944 sodium lauroyl glutamate Drugs 0.000 description 1
- PHIQPXBZDGYJOG-UHFFFAOYSA-N sodium silicate nonahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O PHIQPXBZDGYJOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IWIUXJGIDSGWDN-UQKRIMTDSA-M sodium;(2s)-2-(dodecanoylamino)pentanedioate;hydron Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCC(=O)N[C@H](C([O-])=O)CCC(O)=O IWIUXJGIDSGWDN-UQKRIMTDSA-M 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 229920000428 triblock copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
- 238000004736 wide-angle X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
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
- 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
- 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
- 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
- H01M4/628—Inhibitors, e.g. gassing inhibitors, corrosion inhibitors
-
- 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)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种有序介孔硅碳复合材料的制备方法，其利用分子筛的介孔结构反向复制得到的，模板中的介孔碳结构有序稳定，与壁紧密结合，有序的碳材料又有很好的导电活性，如果将含有硅的模板进行还原得到由有序的介孔碳夹着的硅碳复合材料，这样的材料既可以有效的解决循环过程中硅的体积膨胀导致结构崩塌粉化的问题，又可以利用导电性好的多孔碳材料解决硅材料电传导性差的缺点，还可以阻止硅颗粒在循环过程中团聚造成容量损失；因此，有序介孔硅碳复合材料负极表现出优异的循环性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种有序介孔硅碳复合材料的制备方法。
背景技术
随着新能源汽车、先进消费电子、大规模储能等领域的快速发展，对锂离子电池的能量密度要求日益提高，提高电池的能量密度，不仅有利于提高电动汽车的续航里程，同时还可以显著降低电池的成本，目前正极材料NCM811和NCA材料技术已经比较成熟，但是对应的负极材料商业化的石墨负极材料由于低的克容量已经无法满足现在高比能电池的需求，因此急需开发高克容量的负极材料。
而硅基材料具有4200mAh/g的高克容量因此引起广大材料厂商的关注和研究，但是单纯硅材料因循环过程中体积膨胀大，导致活性材料粉化从集流体上脱落，容量快速衰减；同时硅本身是半导体材料，导电性差，故很难商业化。
基于硅材料以上的一些缺陷，目前大部分材料厂家将氧化亚硅和纳米硅分别与石墨简单的物理复合进行使用，但是材料性能较差，无法保证电池长寿命循环。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明的目的是提供一种制作简单，导电性强，循环性好，可以保证电池使用寿命的有序介孔硅碳复合材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种有序介孔硅碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(Ⅰ)有序介孔分子筛的制备；
(Ⅱ)有序含硅介孔碳的制备：
以步骤(Ⅰ)中制备的有序介孔分子筛为模板，反向复制介孔碳，将碳源和浓硫酸进行混合，再加入去离子水制成溶液，将脱模板后的有序介孔分子筛加入到比例溶液中；
然后将其放入烘箱中加热碳化；
最后将基碳放入管式炉中加热，使其完全碳化，得到有序含硅介孔碳；
(Ⅲ)镁热还原反应：
按质量比为1:1称取步骤(Ⅱ)中得到的有序含硅介孔碳和镁带，将有序含硅介孔碳放入到真空的容器中；
然后对其加热去水分处理，接着将称量好的镁带加入到容器中，继续保持加热处理，在真空环境下进行镁热还原反应得到样品；
再将得到的样品加入到乙醇盐酸溶液中浸泡，之后离心洗涤，最后干燥即可得到有序介孔硅碳复合材料。
进一步的，所述碳源为蔗糖或者葡萄糖。
进一步的，所述碳源和浓硫酸的质量比为1-1.5:0.1-0.2。
进一步的，所述去离子水的体积为3-5ml。
进一步的，所述烘箱的温度为150-200℃。
进一步的，所述管式炉的温度为700-900℃。
进一步的，所述容器的气压<1Pa。
进一步的，所述乙醇盐酸溶液的溶度为0.05-0.15mol/L。
综上所述，本发明的优点是：本制备方法利用分子筛的介孔结构反向复制得到的，模板中的介孔碳结构有序稳定，与壁紧密结合，有序的碳材料又有很好的导电活性，如果将含有硅的模板进行还原得到由有序的介孔碳夹着的硅碳复合材料，这样的材料既可以有效的解决循环过程中硅的体积膨胀导致结构崩塌粉化的问题，又可以利用导电性好的多孔碳材料解决硅材料电传导性差的缺点，还可以阻止硅颗粒在循环过程中团聚造成容量损失；因此，有序介孔硅碳复合材料负极表现出优异的循环性能。
附图说明
图1是本发明一实施例的制备反应流程示意图；
图2是本发明一实施例中镁热还原反应装置的结构示意图；
图3是本发明一实施例中有序介孔分子筛和有序介孔硅碳复合材料XRD图；
图4是本发明一实施例中有序介孔分子筛的N2-吸附/脱附曲线和孔径分布图；
图5是本发明一实施例中有序介孔硅碳复合材料N2-吸附/脱附曲线和孔径分布图；
图6是本发明一实施例中有序介孔分子筛的SEM图；
图7是本发明一实施例中有序介孔硅碳复合材料的SEM图；
图8是本发明一实施例中有序介孔硅碳复合材料的TEM图；
图9是本发明一实施例中有序介孔硅和有序介孔硅碳复合材料的充放电曲线图；
图10是本发明一实施例的有序介孔硅碳复合材料和现有技术产品的循环性能对比图。
其中，1、反应玻璃球，2、镁带存放玻璃球，3、连接管。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施方式对发明作进一步的说明：
实施例：
如图1和图2所示，一种有序介孔硅碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(Ⅰ)制备有序介孔分子筛(SBA-15)：将2.5g结构导向剂溶解于去离子水中，加入12mL浓盐酸(36％)，搅拌1.5h，然后再逐滴加入5.4mL的硅源，快速搅拌8分钟。将其转移到反应釜中，40℃加热24小时，100℃加热48小时，过滤，将所得产物用去离子水反复洗涤后，将其放入管式炉中，以2℃/min的速度升温至500℃，煅烧10小时，得到脱模板的有序介孔分子筛(SBA-15)。
其中，结构导向剂为三嵌段共聚物聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷(PEO-PPO-PEO)、十六烷基溴化胺和月桂酰基谷氨酸钠。
其中，硅源为正硅酸乙酯(TEOS)九水偏硅酸钠。
(Ⅱ)有序含硅介孔碳的制备：以有序介孔分子筛(SBA-15)为模板，反向复制介孔碳。将蔗糖0.3125g和浓硫酸0.035g混合，加入5ml去离子水制成溶液。将脱模板后的有序介孔分子筛(SBA-15)0.5g加入上述溶液中；
然后将其放入烘箱干燥6h，再在160℃的条件下加热碳化6h，最后，将基碳放入管式炉中800℃温度下加热，使其完全碳化，得到含有不同碳含量的有序含硅介孔碳(介孔SiO2)；
3)镁热还原反应：按质量比1:1称取有序含硅介孔碳(介孔SiO2)和镁带，将有序含硅介孔碳(介孔SiO2)放入反应玻璃球1中，通过连接管3抽出反应玻璃球1和镁带存放玻璃球2中的空气，直至其内气压到<1Pa,然后用电阻炉升温到600℃加热除去水分1小时，接着将称量好的镁带推到放有样品的镁带存放玻璃球2中，继续保持600℃加热抽真空0.5h，关闭阀门，真空环境下600℃镁热还原3h。将样品从玻璃球中取出，放入50ml的烧杯中，加入0.1mol/L的乙醇盐酸溶液浸泡三次，然后离心洗涤，在真空干燥箱中干燥24h，得到有序介孔硅碳复合材料S2。
如图3所示，广角X射线衍射曲线在28.4°，47.3°，56.1°分别出现了立方硅的主要衍射峰，对应于Si晶粒的(111)(220)(311)晶面(JCPDS No.27-1402)。其中S2与还原之后SBA-15具有相同的衍射峰，这表明在碳化过程中没有碳的结晶相形成，除了在24°有一个无定形碳的衍射宽峰。
如图4和图5所示，有序介孔分子筛和有序介孔硅碳复合材料负极的N2-吸附/脱附曲线都是具有H1型滞后环的IV曲线，说明它们都具有高度有序的介孔结构。与有序介孔分子筛相比，经过镁热还原和碳负载后的样品孔径从6.5缩小到5.7nm，这是因为碳层负载在孔道内可以缩小的孔径。
如图6和图7所示，添加碳获得的材料是由均匀的块状体组成，而有序介孔硅碳复合材料S2明显可以看出内部结构是由很多细小棒状组合而成的，有序介孔分子筛(SBA-15)是由块状体和一些颗粒堆积体组成，这主要是由于洗涤完后结构塌陷不规则，而小颗粒的堆积体可能是硅颗粒发生团聚造成的。
如图8所示，合成的材料是介孔结构，这与我们一开始提及的反应机理一致。
如图9所示，在100mA/g电流密度下介孔硅碳负极的第一次充放电曲线。在5mV和1.5V之间对纽扣电池进行充电。有序介孔硅碳复合材料负极S2的放电容量是1741.7mAh/g。
如图10所示，有序介孔硅碳复合材料S2与现有技术产品相比，通过本方法制备的有序介孔硅碳复合材料S2的循环性能较好，这说明合成的材料中介孔碳在充放电过程中对于材料的稳定性起到了一定的作用，这种碳结构可以有效的缓解硅的体积膨胀和减少与电解液的直接接触，还可以作为电传导性介质，提高离子和电子的传导性，从而提升循环性能。
本实施例所提供的一种有序介孔硅碳复合材料的制备方法，包含有序介孔碳和晶体硅，并且该孔道的孔径为4-8nm；其中，采用结构导向剂合成有序介孔分子筛；在800℃的氮气氛围下合成有序介孔碳，600℃真空环境下，镁热还原后乙醇盐酸洗涤得到有序介孔硅碳复合材料。
综上所述，本发明利用MCM-41，MCM-48，SBA-15合成有序多孔碳，如CMK-3，Jun等使用SBA-15合成出六方的介孔碳材料CMK-3，这种材料就是利用分子筛的介孔结构反向复制得到的。模板中的介孔碳结构有序稳定，与壁紧密结合，有序的碳材料又有很好的导电活性，如果将含有硅的模板进行还原得到由有序的介孔碳夹着的硅碳复合材料，这样的材料既可以有效的解决循环过程中硅的体积膨胀导致结构崩塌粉化的问题，又可以利用导电性好的多孔碳材料解决硅材料电传导性差的缺点，还可以阻止硅颗粒在循环过程中团聚造成容量损失；因此，有序介孔硅碳复合材料负极表现出优异的循环性能。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上技术方案以及构思，做出其他各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变和变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种有序介孔硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(Ⅰ)有序介孔分子筛的制备；
(Ⅱ)有序含硅介孔碳的制备：
以步骤(Ⅰ)中制备的有序介孔分子筛为模板，反向复制介孔碳，将碳源和浓硫酸进行混合，再加入去离子水制成溶液，将脱模板后的有序介孔分子筛加入到比例溶液中；
然后将其放入烘箱中加热碳化；
最后将基碳放入管式炉中加热，使其完全碳化，得到有序含硅介孔碳；
(Ⅲ)镁热还原反应：
按质量比为1:1称取步骤(Ⅱ)中得到的有序含硅介孔碳和镁带，将有序含硅介孔碳放入到真空的容器中；
然后对其加热去水分处理，接着将称量好的镁带加入到容器中，继续保持加热处理，在真空环境下进行镁热还原反应得到样品；
再将得到的样品加入到乙醇盐酸溶液中浸泡，之后离心洗涤，最后干燥即可得到有序介孔硅碳复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种有序介孔硅碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述碳源为蔗糖或者葡萄糖。
3.根据权利要求1所述的一种有序介孔硅碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述碳源和浓硫酸的质量比为1-1.5:0.1-0.2。
4.根据权利要求1所述的一种有序介孔硅碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述去离子水的体积为3-5ml。
5.根据权利要求1所述的一种有序介孔硅碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述烘箱的温度为150-200℃。
6.根据权利要求1所述的一种有序介孔硅碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述管式炉的温度为700-900℃。
7.根据权利要求1所述的一种有序介孔硅碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述容器的气压<1Pa。
8.根据权利要求1所述的一种有序介孔硅碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述乙醇盐酸溶液的溶度为0.05-0.15mol/L。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011344104.6A CN112479177A (zh) | 2020-11-26 | 2020-11-26 | 一种有序介孔硅碳复合材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011344104.6A CN112479177A (zh) | 2020-11-26 | 2020-11-26 | 一种有序介孔硅碳复合材料的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112479177A true CN112479177A (zh) | 2021-03-12 |
Family
ID=74934944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011344104.6A Pending CN112479177A (zh) | 2020-11-26 | 2020-11-26 | 一种有序介孔硅碳复合材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112479177A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115353092A (zh) * | 2022-09-01 | 2022-11-18 | 愉悦家纺有限公司 | 一种多孔电极碳材料、其制备方法及应用 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140147751A1 (en) * | 2011-03-18 | 2014-05-29 | Jun Yang | Silicon-carbon Composite Anode Material for Lithium Ion Batteries and A Preparation Method Thereof |
| CN106374088A (zh) * | 2016-10-14 | 2017-02-01 | 浙江天能能源科技股份有限公司 | 一种利用镁热还原法制备硅碳复合材料的方法 |
| CN107311176A (zh) * | 2017-08-07 | 2017-11-03 | 太原理工大学 | 一种有序介孔碳化钼的制备方法 |
| CN107732164A (zh) * | 2017-08-16 | 2018-02-23 | 福建师范大学 | 钠离子电池用介孔结晶型Si‑无定型SiO2‑有序介孔碳复合材料的制备方法和应用 |
| CN108428876A (zh) * | 2018-03-27 | 2018-08-21 | 东华大学 | 一种高性能硅/碳纳米复合负极材料及其制备方法 |
| CN110098395A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-08-06 | 苏州宇量电池有限公司 | 一种有序介孔硅碳负极的制备方法 |
-
2020
- 2020-11-26 CN CN202011344104.6A patent/CN112479177A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140147751A1 (en) * | 2011-03-18 | 2014-05-29 | Jun Yang | Silicon-carbon Composite Anode Material for Lithium Ion Batteries and A Preparation Method Thereof |
| CN106374088A (zh) * | 2016-10-14 | 2017-02-01 | 浙江天能能源科技股份有限公司 | 一种利用镁热还原法制备硅碳复合材料的方法 |
| CN107311176A (zh) * | 2017-08-07 | 2017-11-03 | 太原理工大学 | 一种有序介孔碳化钼的制备方法 |
| CN107732164A (zh) * | 2017-08-16 | 2018-02-23 | 福建师范大学 | 钠离子电池用介孔结晶型Si‑无定型SiO2‑有序介孔碳复合材料的制备方法和应用 |
| CN108428876A (zh) * | 2018-03-27 | 2018-08-21 | 东华大学 | 一种高性能硅/碳纳米复合负极材料及其制备方法 |
| CN110098395A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-08-06 | 苏州宇量电池有限公司 | 一种有序介孔硅碳负极的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| QUN LI，等: "Mesoporous silicon/carbon hybrids with ordered pore channel retention and tunable carbon incorporated content as high performance anode materials for lithium-ion batteries", 《ENERGY》, 21 April 2015 (2015-04-21), pages 160 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115353092A (zh) * | 2022-09-01 | 2022-11-18 | 愉悦家纺有限公司 | 一种多孔电极碳材料、其制备方法及应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2022001880A1 (zh) | 硅氧复合负极材料、负极和锂离子电池及其制备方法 | |
| CN111180691A (zh) | 双层碳包覆的硅基复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN107863512B (zh) | 一种核壳结构的硅碳负极材料及其制备方法 | |
| CN109659540B (zh) | 一种多孔碳包覆碲化锑纳米片的制备方法及其作为金属离子电池负极材料的应用 | |
| CN108269982B (zh) | 一种复合材料、其制备方法及在锂离子电池中的应用 | |
| CN105789594A (zh) | 一种硅/氧化硅/碳复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN113555557B (zh) | 磷酸铁锂正极材料、其制备方法及应用 | |
| CN112652758B (zh) | 用于锂离子电池的硅氧化物/碳微球复合负极材料及其制备方法 | |
| CN114402456B (zh) | 负极活性材料及其制备方法 | |
| CN112928246B (zh) | 一种复合材料、其制备方法及应用 | |
| CN109817952B (zh) | 一种锂离子电池负极及其制备方法 | |
| CN114988391A (zh) | 硬碳负极材料的制备方法及其应用 | |
| CN110752362A (zh) | 一种包覆镁的三元前驱体及其制备方法 | |
| CN112479177A (zh) | 一种有序介孔硅碳复合材料的制备方法 | |
| CN113493194A (zh) | 一种高导电硅碳复合材料的制备方法 | |
| CN110854359B (zh) | 硅/碳复合材料及其制备方法 | |
| CN112421002B (zh) | 一种高容量的硅碳材料及其制备方法 | |
| CN114835159A (zh) | 铅炭电池用还原氧化石墨烯负载氧化铅复合材料的制备方法 | |
| CN113903915A (zh) | 一种石墨烯包覆多孔氧化铅-硫化铅复合材料的制备方法 | |
| CN108987689B (zh) | 一种硅碳负极材料的制备方法 | |
| CN111952561A (zh) | 自模板法合成的CoIn2S4@CPAN微球复合材料及其方法 | |
| CN117691096B (zh) | 一种全固态锂电池硅基复合负极材料及其制备方法 | |
| CN113991116B (zh) | 一种锂离子电池负极复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN117069115B (zh) | 一种碳化硅掺杂硅粉的制备方法及锂电池硅碳复合负极材料 | |
| CN114142000B (zh) | 一种NiCoOx/石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法 |
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 | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Yuanchun Inventor after: Gao Weiwei Inventor after: Li Mingjun Inventor after: Zhou Jianzhong Inventor after: Sun Wei Inventor after: Zhou Buqing Inventor before: Zhang Yuanchun Inventor before: Gao Weiwei Inventor before: Li Mingjun Inventor before: Zhou Jianzhong Inventor before: Sun Wei Inventor before: Zhou Buqing Inventor before: Mao Ou |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210312 |