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专利号: 2022102428865
申请人: 青岛科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种氯丁胶包裹硅颗粒制备硅碳纳米杂化材料的方法、锂离子电池负极,其特征在于,所述壳为氯丁胶胶乳或其他具备类似结构特征的高分子材料,核为硅纳米颗粒。所述高分子材料在常温下、乙醇加入时可迅速实现聚合并将纳米硅紧紧包裹,成为制备复合材料的原料,反应过程简单、迅速;所述硅碳杂化材料制备过程为在高分子热解碳化温度下实现结构转变,从而获得碳/硅复合负极材料。

2.根据权利要求1,所述硅碳复合材料硅纳米颗粒尺寸约为100nm。

3.根据权利要求1,具体包括以下步骤:(1)将Si纳米颗粒分散在盛有30ml去离子水的烧杯中,超声搅拌30min。使得硅纳米颗粒在去离子水中分散均匀,得到溶液A。

(2)按照Si:氯丁橡胶质量比为1:3的比例,把氯丁橡胶乳液加入到A溶液中,然后充分搅拌30min,使之均匀混合,得到溶液B。

(3)在搅拌的情况下,快速向溶液B中加入乙醇溶液,氯丁橡胶在乙醇中迅速析出,并把硅纳米颗粒包裹在其中,形成Si@氯丁橡胶前驱体。

(4)把Si@氯丁橡胶前驱体放入管式炉中煅烧,生成目标产物Si@SiO2@C3(Si:氯丁橡胶质量比为1:3,故命名为C3)。

4.根据权利要求书3所述的方法,所述步骤(1)中,Si纳米颗粒在水中的分散过程中,搅拌和超声是同时进行的。

5.根据权利要求书3所述的方法,所述步骤(2)中,氯丁橡胶乳液是逐滴加入到A溶液中的。

6.根据权利要求书3所述的方法,所述步骤(3)中,乙醇可以迅速加入,氯丁橡胶可以在数秒内从乳液中析出。

7.根据权利要求书3所述的方法,所述步骤(4)中,管式炉的煅烧条件为:温度设置为

800℃,升温速率为5℃/min,气氛为氩气,煅烧时间为2h。

8.根据权利要求7,硅纳米颗粒在高温下及与氯丁胶等高分子材料紧密接触条件下,实现部分表面氧化,转变为Si@SiO2。具体为,氯丁橡胶中的含氧官能团在高温下分解,使得Si纳米颗粒表面部分氧化,形成Si@SiO2的结构。

9.根据权利要求7,SiO2层厚度为10‑20nm,起到循环过程中缓冲体积膨胀的作用。

10.根据权利要求1,所得碳材料作为基体,将硅材料紧密包裹,实现快速电子传导作用。

11.根据权利要求书3所述的制备方法,其特征在于:经过步骤(4)得到的Si@SiO2@C3杂化材料,通过组装成锂半电池进行电化学性能测试,在0.2A/g的电流密度下,循环500圈后,其可逆容量为1042mAh/g,在12A/g的电流密度下,可以达到798mAh/g的优异倍率性能。