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专利号: 2020114217334
申请人: 湖南师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种碱液辅助可控制备yolk-shell型硅/碳复合负极材料的新方法,其所述负极材料特征为yolk-shell结构,其中最内为尺寸20 nm 2000 nm的硅核,最外层为厚度1 nm 200 ~ ~nm碳层,碳层与硅核之间为尺寸10 nm 500 nm的空隙层。

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2.根据权利要求1所述yolk-shell型硅/碳复合负极材料,其特征在于所述硅核为单晶或多晶硅,通过碱液处理在所述硅核表面构建厚度可控的氧化硅过渡层并在后续HF处理中移去,在硅和碳之间形成尺寸可控的空隙层。

3.根据权利要求1所述yolk-shell型硅/碳复合负极材料,其特征在于所述碳层来自有机碳源的碳化,并通过有机碳源和添加剂的选择实现对碳层结构和掺杂等参数的调控。

4.一种权利要求1 3任一项yolk-shell型硅/碳复合负极材料的制备方法,其特征在~于,包括以下步骤

(1)碱液预处理硅粉

将纯水与甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、丙三醇中的一种或几种混合得分散溶液,加入硅粉形成一定固液比的硅原料液,滴加碱溶液,保持一定温度并搅拌0.5 5 h,抽滤并用纯水~与乙醇洗涤,经干燥得到硅/氧化硅粉体,备用;

(2)硅/氧化硅/碳复合结构的合成

将步骤(1)中合成的硅/氧化硅粉体与有机碳源混合,加入纯水,超声分散得混合液,将混合液进行水热处理,其产物用去离子水与无水乙醇洗涤,烘干,再放入管式炉,在保护气氛下高温退火,得到硅/氧化硅/碳粉体;

(3)yolk-shell结构硅/碳复合材料合成将步骤(2)中得到的硅/氧化硅/碳粉体按一定固液比投入稀HF溶液中,搅拌0.5 5 h,~抽滤并用纯水洗至中性,再用无水乙醇洗涤,烘干,最终得到yolk-shell结构硅/碳复合负极材料。

5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于步骤(1)中的硅粉混合溶液的硅与碱液的液固液比为(0.01 100) g/200 mL。

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6.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于步骤(1)中使用的碱包括氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钾其中的一种或几种,碱液浓度为0.001  10 g L-1,每100 mL硅原料液加入~碱液的量为0.1 100 mL,反应时间为0.5 5 h,反应温度为20 60 °C。

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7.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于步骤(2)中所用碳源包括葡萄糖、柠檬酸、果糖、蔗糖、木薯原淀粉、小麦原淀粉、玉米原淀粉、可溶性淀粉、工业变性淀粉中的一种或几种混合物。

8.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于步骤(2)中,硅/氧化硅粉体与有机碳源质量比为100:1 1:50,有机碳源与水的固液比为(0.01 50) g/100 mL。

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9.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于步骤(2)中,水热温度为100 200 °C,时~间4 12 h。

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10.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于步骤(2)中,退火气氛为氩气、氢气、氮气中一种或几种,单一气体纯度≥99%;退火温度700 1000 °C,退火时间为2 8 h。

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11.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于步骤(3)中,硅粉混合溶液固液比为(0.01 100) g/200 mL。

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12.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于步骤(3)中,所用HF溶液浓度为0.004~

40%,反应时间为0.5 5 h。

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