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专利号: 2020100936144
申请人: 厦门理工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种碳/二氧化钼/硅/碳复合材料,其特征在于:所述碳/二氧化钼/硅/碳复合材料为纳米碳纤维上均匀负载纳米二氧化钼和纳米硅粒子,最外层包覆碳层,所述纳米硅粒子的负载量为10~30wt%。

2.根据权利要求1所述碳/二氧化钼/硅/碳复合材料,其特征在于:所述碳/二氧化钼/硅/碳复合材料中纳米二氧化钼和纳米硅粒子的比例为3~18:1;

任选的,所述碳/二氧化钼/硅/碳复合材料中纳米二氧化钼的尺寸为20~50nm;

任选的,所述碳/二氧化钼/硅/碳复合材料中纳米硅粒子的尺寸为20-60nm;

任选的,所述碳/二氧化钼/硅/碳复合材料中最外层包覆的碳层的厚度为2~3nm。

3.一种权利要求1或2所述碳/二氧化钼/硅/碳复合材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤1)将纳米硅粉超声分散于无水乙醇中,得到溶液A;

步骤2)将四水合四钼酸铵溶于去离子水中,得到溶液B;

步骤3)在搅拌条件下,将所述溶液A加入所述溶液B,然后向混合溶液中加入苯胺,再向混合溶液中滴加盐酸;

步骤4)在室温下对混合溶液进行搅拌,使原位聚合反应完全,然后过滤,用去离子水洗涤,干燥,得到含Mo-Si的有机前驱体;

步骤5)将上步所得含Mo-Si有机前驱体在惰性气体保护下进行热处理,得到C-MoO2-Si复合材料;

步骤6)采用间苯二酚和甲醛的原位聚合反应对上步得到的C-MoO2-Si复合材料进行酚醛树脂包覆,再在惰性气体保护下进行热解,即得到所述碳/二氧化钼/硅/碳复合材料。

4.根据权利要求3所述碳/二氧化钼/硅/碳复合材料的制备方法,其特征在于:步骤1)中所述的纳米硅粉为商业产品,直径为20~60nm;

任选的,步骤3)中所述溶液A与所述溶液B混合,保持纳米硅粉与七水合钼酸铵的质量比为1~3:12.4~24.8,用于调控纳米硅粒子在碳/二氧化钼/硅/碳复合材料中的负载量;

任选的,步骤3)中盐酸的浓度为0.5~1M,盐酸的加量:纳米硅粉的质量=6~8ml:0.1~0.3g;

任选的,步骤4)在室温下对混合溶液持续搅拌24h以上,使原位聚合反应完全;

所述的室温下对混合溶液持续搅拌24h以上是将盛有混合溶液的玻璃容器放置在磁搅拌器上实现的。

5.根据权利要求3或4所述碳/二氧化钼/硅/碳复合材料的制备方法,其特征在于:步骤

5)中所述的热处理在惰性气体保护下进行,升温速率为1~3℃/min,热处理温度为在600~

800℃,热处理时间为2~5h,其效果是将含Mo-Si的有机前驱体热解,得到C-MoO2-Si复合材料;

任选的,步骤5)中和步骤6)中所述的惰性气体为高纯氮气或氩气。

6.根据权利要求3或4所述碳/二氧化钼/硅/碳复合材料的制备方法,其特征在于:步骤

6)中所述的间苯二酚和甲醛的原位聚合反应碳包覆过程,具体步骤如下:步骤i)将C-MoO2-Si复合材料分散于无水乙醇和去离子水的混合溶液剂中,得到悬浊液;

步骤ii)向悬浮液中加入十六烷基溴化铵,间苯二酚和甲醛水溶液,搅拌溶解;

步骤iii)向混合溶液中加入氨水,在30℃持续搅拌6~12h,过滤、用去离子水洗涤,干燥,得到酚醛树脂包覆的C-MoO2-Si复合材料;

步骤iv)将步骤iii)得到的酚醛树脂包覆的C-MoO2-Si复合材料在惰性气体保护下在

600~800℃热解1.5-2.5h,得到所述碳/二氧化钼/硅/碳复合材料;

优选地,步骤i)中无水乙醇与去离子水的体积比为1:3;C-MoO2-Si复合材料的加量:十六烷基溴化铵的加量:间苯二酚的加量:甲醛水溶液的加量:氨水的加量=1g:0.6~2g:

0.16~0.32g:0.3~0.6ml:1~2ml,所述甲醛水溶液中甲醛的质量浓度为35-45%,所述氨水的质量浓度为20-30%。

7.运用权利要求3-6中任一项所述碳/二氧化钼/硅/碳复合材料的制备方法,制备得到的碳/二氧化钼/硅/碳复合材料,其特征在于:所述碳/二氧化钼/硅/碳复合材料为纳米碳纤维上均匀负载纳米二氧化钼和纳米硅粒子,最外层包覆碳层。

8.一种电池负极,包括集流体和活性材料,其特征在于:所述活性材料包含权利要求7所述碳/二氧化钼/硅/碳复合材料。

9.一种锂离子电池,由正极、负极和电解质组成,其特征在于:所述负极为权利要求8所述电池负极。

10.根据权利要求9所述锂离子电池,其特征在于:所述锂离子电池在0.1A/g时的放电比容量不低于750mAh/g,3A/g时放电比容量至少达到250mAh/g,在0.5A/g倍率下循环500次后放电比容量仍然保持在480mAh/g及以上。