1.一种具有核壳结构的Si@C锂离子电池负极材料,其特征在于,以金属有机框架化合物MOFs为碳源,包括内核与包覆层,内核为球形纳米硅,包覆层为多孔结构的无定形碳层。
2.根据权利要求1所述的一种具有核壳结构的Si@C锂离子电池负极材料,其特征在于,所述球形纳米硅的直径为50-70nm。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有核壳结构的Si@C锂离子电池负极材料,其特征在于,所述包覆层的厚度为2-20nm。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的一种具有核壳结构的Si@C锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,包括如下具体步骤:A、纳米硅的表面活化:先将球形纳米硅超声分散到过H2O2中,且每100ml H2O2加入300-
500mg纳米硅,然后搅拌使其充分活化,再经过滤、洗涤、真空干燥,制得活化纳米硅。
B、Si@MOFs前躯体的制备:先将上步制得的活化纳米硅超声分散到有机溶剂中,且每
100ml有机溶剂分散20-80mg活化纳米硅,加入表面活性剂,再加入金属盐,充分搅拌后加入溶于有机溶剂的有机试剂,使金属有机框架化合物MOFs在球形纳米硅表面均匀生长,再经离心、洗涤、真空干燥,制得Si@MOFs前躯体。
C、Si@C的制备:先将上步制得的Si@MOFs前躯体进行热处理得到Si@C/M,然后用过量的稀盐酸洗掉Si@C/M中的金属纳米颗粒M,得到Si@C锂离子电池负极材料。
5.根据权利要求4所述的一种具有核壳结构的Si@C锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,步骤A中所述超声分散的功率为100W,时间为2-20min。
6.根据权利要求4或5所述的一种具有核壳结构的Si@C锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,步骤A中所述搅拌的时间为0.5-3h。
7.根据权利要求4或5所述的一种具有核壳结构的Si@C锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,步骤A中所述洗涤是先后采用去离子水和无水乙醇各洗三次。
8.根据权利要求4或5所述的一种具有核壳结构的Si@C锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,步骤A中所述真空干燥的真空度为0.05-0.1MPa,温度为55-60℃,时间为
10-12h。
9.根据权利要求4所述的一种具有核壳结构的Si@C锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,步骤B中,金属盐采用钴的硝酸盐或氯化物,有机试剂采用2-甲基咪唑;且钴元素与2-甲基咪唑的摩尔比为1:1-6;有机溶剂采用体积比为1:0.5-2的甲醇、乙醇混合溶液,金属有机框架化合物MOFs在球形纳米硅表面的生长条件为低温搅拌法,反应温度为50-100℃、反应时间为4-24h;制得的MOFs为ZIF-67,制得的Si@MOFs前躯体为Si@ZIF-67。
10.根据权利要求4所述的一种具有核壳结构的Si@C锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,步骤B中,金属盐采用铁的硝酸盐或氯化物,有机试剂采用对苯二甲酸,且铁元素与对苯二甲酸的摩尔比为1:1-10;有机溶剂采用体积比为1:0.5-2的二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液;金属有机框架化合物MOFs在球形纳米硅表面的生长条件为溶剂热法,反应温度为100-180℃、反应时间为2-12h;制得的MOFs为MIL-88(Fe),制得的Si@MOFs前躯体为Si@MIL-88(Fe)。
11.根据权利要求4或9或10所述的一种具有核壳结构的Si@C锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,步骤B中所述的表面活性剂采用浓度为0.002-0.2 mol·L-1聚乙烯吡咯烷酮或十六烷基三甲基溴化铵。
12.根据权利要求4或9或10所述的一种具有核壳结构的Si@C锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,步骤B中所述搅拌的时间为1-3h。
13.根据权利要求4或9或10所述的一种具有核壳结构的Si@C锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,步骤B中所述的洗涤采用无水乙醇洗四至六次。
14.根据权利要求4或9或10所述的一种具有核壳结构的Si@C锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,步骤B中所述真空干燥的真空度为0.05-0.1MPa,温度为55-60℃,时间为10-12h。
15.根据权利要求4所述的一种具有核壳结构的Si@C锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,步骤C中所述的热处理采用Ar气氛或N2气氛,升温速率为1-10 ℃·min-1,保温温度为400-900℃,保温时间为1-4h。
16.根据权利要求4或15所述的一种具有核壳结构的Si@C锂离子电池负极材料的制备-1方法,其特征在于,步骤C中所述稀盐酸的浓度为0.1-2 mol·L ,酸处理时间为1-24 h。