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納米多孔材料及其制備方法與流程

文檔序號(hào):11926257閱讀:來源:國(guó)知局

技術(shù)特征:

1.一種多孔材料,其含有M單質(zhì),M為Si和/或Ge;

所述多孔材料的粒度為20~150nm,孔隙率為0.2~0.8,比表面積為15~300m2/g。

2.權(quán)利要求1的多孔材料,其具有以下一項(xiàng)或多項(xiàng)特征,

優(yōu)選地,該多孔材料的粒度為50~150nm,例如50~130nm,例如50~110nm,例如60~100nm,再例如70~90nm;

優(yōu)選地,該多孔材料的孔隙率為0.3~0.8,例如0.4~0.8,例如0.5~0.8,例如0.6~0.7;

優(yōu)選地,該多孔材料的比表面積為40~300m2/g,再例如100~300m2/g,再例如150~300m2/g,再例如200~300m2/g,再例如230~300m2/g,再例如230~270m2/g,再例如240~260m2/g;

優(yōu)選地,該多孔材料的表觀密度為0.5~2.2g/cm3,例如0.5~2g/cm3,例如0.5~1.5g/cm3,例如0.6~1.1g/cm3,例如0.6~0.8g/cm3;

優(yōu)選地,該多孔材料的孔徑分布曲線在10~50nm有特征峰,例如在5~15nm有特征峰,再例如在15~25nm有特征峰,再例如在25~35nm有特征峰;

優(yōu)選地,該多孔材料的孔徑分布曲線上只有一個(gè)特征峰;

優(yōu)選地,該多孔材料的40~50萬倍TEM照片中,能夠觀察到多孔結(jié)構(gòu)(例如泡沫狀多孔結(jié)構(gòu));

優(yōu)選地,該多孔材料含有50重量%以上的M單質(zhì);

優(yōu)選地,該多孔材料含有90重量%以上的M單質(zhì);

優(yōu)選地,該多孔材料含有99重量%以上的M單質(zhì);

優(yōu)選地,M為Si。

3.一種制備多孔材料的方法,其包括:

i)球磨原料M單質(zhì)與氧化劑的混合物,獲得M的氧化物;

M為Si和/或Ge;

ii)熱處理M的氧化物;

iii)酸洗熱處理后的M的氧化物;

優(yōu)選地,所述多孔材料為權(quán)利要求1或2的多孔材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,步驟i)具有以下一項(xiàng)或多項(xiàng)特征:

優(yōu)選地,原料M單質(zhì)的純度大于約99.5%,優(yōu)選大于99.9%;

優(yōu)選地,原料M單質(zhì)的形狀為球狀、類球狀、塊狀、類塊狀、棒狀或不規(guī)則形狀;

優(yōu)選地,原料M單質(zhì)的體積為1~10mm3,優(yōu)選為3~7mm3

優(yōu)選地,原料M單質(zhì)與所述氧化劑的摩爾比為1:0.8~1.8,例如1:1.0~1.5,再例如1:1.2~1.4。

5.權(quán)利要求3的所述的方法,步驟i)具有以下一項(xiàng)或多項(xiàng)特征:

優(yōu)選地,所述氧化劑包括水;

優(yōu)選地,球磨在真空或非氧化氣氛下進(jìn)行,非氧化氣氛可以是惰性氣體氣氛,例如氬氣氛;

優(yōu)選地,球磨的轉(zhuǎn)速為500~2000r/min,例如800~1200r/min;

優(yōu)選地,球磨使用的磨球直徑為1~5mm,例如3~4mm;

優(yōu)選地,球磨使用的磨球的材質(zhì)為ZrO2;

優(yōu)選地,球磨的料球質(zhì)量比為1:20;

優(yōu)選地,球磨的時(shí)間為1~5小時(shí),例如3~4小時(shí)。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,步驟i)具有以下一項(xiàng)或多項(xiàng)特征:

優(yōu)選地,所述M的氧化物為MOx,x=0.2~1.8(例如x=0.5~1.7,例如x=1.0~1.6,再例如x=1.2~1.4);

優(yōu)選地,所述M的氧化物為非晶材料;

優(yōu)選地,所述M的氧化物為粒度為50~200nm,例如50~150nm;

優(yōu)選地,所述M的氧化物的TEM照片中,沒有明顯的晶體結(jié)構(gòu);

優(yōu)選地,所述M的氧化物的XRD曲線中,在2θ角為10~40°范圍內(nèi)有饅頭峰;

優(yōu)選地,所述M的氧化物為具有如圖2的曲線b所示的XRD曲線;

優(yōu)選地,所述M的氧化物為拉曼譜圖中,在波長(zhǎng)475~500cm-1的位置有峰。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,步驟ii)具有以下一項(xiàng)或多項(xiàng)特征:

優(yōu)選地,熱處理在真空或非氧化氣氛下進(jìn)行,非氧化氣氛例如是惰性氣體氣氛,例如是氬氣和氫氣的混合氣氣氛,優(yōu)選非氧化氣氛中氫氣的含量為1~3體積%;

優(yōu)選地,熱處理的溫度為500~1500℃,例如是800~1200℃;

優(yōu)選地,熱處理的時(shí)間為1~5小時(shí),例如3~5小時(shí)。

8.權(quán)利要求3所述的方法,步驟iii)具有以下一項(xiàng)或多項(xiàng)特征:

優(yōu)選地,酸洗使用的酸包括氫氟酸,氫氟酸的濃度優(yōu)選為0.1~1mol/L,再優(yōu)選為0.3~0.8mol/L;

優(yōu)選地,酸洗的時(shí)間為0.1小時(shí)以上,優(yōu)選為0.3~0.7小時(shí);

優(yōu)選地,酸洗后還包括過濾、洗滌和干燥中的一步或多步。

9.一種組合物,含有導(dǎo)電成分和權(quán)利要求1或2的多孔材料;

優(yōu)選地,所述導(dǎo)電成分為碳和/或?qū)щ娋酆衔铮?/p>

優(yōu)選地,所述碳選自石墨、硬碳,軟碳、炭黑、活性炭、C60、石墨烯、氧化石墨烯或納米碳管中的一種或多種;

優(yōu)選地,所述組合物是權(quán)利要求1或2的多孔材料和導(dǎo)電成分球磨混合的產(chǎn)物。

10.權(quán)利要求9的組合物,其具有以下一項(xiàng)或多項(xiàng)特征:

優(yōu)選地,所述組合物比表面積為2~30m2/g,例如5~30m2/g,再例如10~30m2/g,再例如15~30m2/g,再例如20~30m2/g;

優(yōu)選地,所述組合物中,M元素與碳元素的質(zhì)量比分別為1:0.01~10,例如1:0.1~0.2;

優(yōu)選地,所述組合物作為鋰離子電池負(fù)極材料,在1C電流密度下,循環(huán)1000周后的放電比容量為1000~1500mAh/g,例如1100~1400mAh/g,再例如1200~1300mAh/g。

11.權(quán)利要求9或10的組合物的制備方法,其包括以下步驟:

將權(quán)利要求1或2的多孔材料與所述導(dǎo)電成分混合后球磨。

12.權(quán)利要求11的方法,其具有以下一項(xiàng)或多項(xiàng)特征:

優(yōu)選地,球磨在真空或非氧化氣氛下進(jìn)行,非氧化氣氛可以是惰性氣體氣氛,例如氬氣氛;

優(yōu)選地,球磨的轉(zhuǎn)速為300~800r/min,例如500r/min;

優(yōu)選地,球磨的時(shí)間為1~3小時(shí),例如2小時(shí);

優(yōu)選地,磨球直徑為3~8mm,例如5mm;

優(yōu)選地,磨球的材質(zhì)為ZrO2

優(yōu)選地,原料Si或原料Ge與磨球的質(zhì)量比為1:15~25,例如1:20。

13.權(quán)利要求1或2的多孔材料,或權(quán)利要求9或10的組合物作為電極材料的用途;

優(yōu)選地,所述電極材料是鋰離子電池負(fù)極材料。

14.一種電極材料,其包括權(quán)利要求1或2所述的多孔材料、或者權(quán)利要求9或10所述的組合物;

優(yōu)選地,所述電極材料是鋰離子電池負(fù)極材料。

15.一種電池,其包括權(quán)利要求1或2的多孔材料或權(quán)利要求9或10的組合物;

優(yōu)選地,所述電池的負(fù)極材料包括權(quán)利要求1或2的多孔材料或權(quán)利要求9或10的組合物;

優(yōu)選地,所述電池是鋰離子電池。

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