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一种中空结构紧密结合型高性能硅/石墨化碳复合材料及其制备方法和应用

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成果类型:
专利
发明/设计人:
王志国;郑彪;喻鹏;刘辉;武芳芳;...
申请/专利权人:
湖南农业大学
专利类型:
发明专利
语种:
中文
申请时间:
2020-02-28
申请/专利号:
CN202010128669.4
公开时间:
2020-06-19
公开号:
CN111313029A
主申请人地址:
410128 湖南省长沙市芙蓉区农大路1号
申请地区:
湖南
机构署名:
本校为第一完成单位
主权项:
1.一种中空结构紧密结合型高性能硅/石墨化碳复合材料,其特征在于,包括由硅颗粒构成的内层以及由石墨化碳材料构成的外层,内外层之间结合紧密且具有一定的间隙,形成中空结构。 2.如权利要求1所述中空结构紧密结合型高性能硅/石墨化碳复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤: (1)将二氧化硅与金属镁粉均匀混合; (2)将步骤(1)所得的混合物装入反应器中,反应器置于气氛炉中,通入二氧化碳气体,并在控制流量的条件下进行镁热还原,然后冷却至室温,得到固体产物; (3)将步骤(2)所得固体产物经盐酸和氢氟酸分别酸洗、水洗、过滤、干燥,即得中空结构紧密结合型高性能硅/石墨化碳复合材料。 3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤(1)中所述二氧化硅来源于硅藻土、生物质源材料或者用化学方法合成,其中生物质源材料为稻壳或秸秆。 4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,二氧化硅与金属镁粉的质量比为1:1-1:10。 5.如权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤(2)中所述反应器为敞开或半封闭的容器,材质为刚玉或不锈钢。 6.如权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤(2)中二氧化碳气氛中二氧化碳含量为98%以上,反应过程中控制流量为50-800mL/min。 7.如权利要求5或6所述的方法,其特征在于,步骤(2)中镁热还原反应条件:反应温度为600-750℃,反应时间为1-15小时,升温速率为1-10℃/min。 8.如权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤(3)中所述盐酸摩尔浓度为0.5-5mol/L,酸洗时间为2-8小时;氢氟酸质量百分比浓度为1-20%,酸洗时间为0.1-2小时。 9.如权利要求1所述的中空结构紧密结合型高性能硅/石墨化碳复合材料的应用,其在锂离子电池中作为负极材料使用。
摘要:
本发明提供一种中空结构紧密结合型高性能硅/石墨化碳复合材料及其制备方法。所述硅/石墨化碳复合材料包括由硅颗粒构成的内层以及由石墨化碳材料构成的外层,内外层之间结合紧密且具有一定的间隙,形成中空结构;其制备方法具体为将二氧化硅与金属镁粉按一定比例均匀混合,混合物在一定二氧化碳流量的气氛下进行镁热还原,采用稀酸对还原产物进行处理,除去中间层杂质产物,即得到最终产品。本发明通过在二氧化碳气氛下进行镁热还原,一步生成硅和石墨化度高的碳材料,制得中空结构且结合紧密的硅基复合材料;该复合材料稳定性好,能有效缓冲硅体积膨胀,提高电化学性能,制备方法简单、能耗低...

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