一種雞蛋殼型二氧化硅微米球的制備方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于無機功能材料二氧化硅微米球的合成技術(shù)領域，具體涉及一種雞蛋殼型二氧化硅微米球的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化硅用途廣泛，是制造玻璃、水玻璃、石英玻璃、電子工業(yè)的重要部件、陶瓷及耐火材料、涂料、香料、催化劑、光釬材料、消毒劑、塑料的原材料，廣泛應用于建筑、化工、電子和醫(yī)學等領域。另外，二氧化硅是制備低氧硅基氧化物或單質(zhì)硅的優(yōu)良前驅(qū)體，因單質(zhì)硅和低氧硅基材料的放電比容量高，是一種非常有前途的鋰離子電池負極材料。當前，隨著手機電池、電動自行車、新能源汽車等行業(yè)的不斷發(fā)展，儲能科技越來越受人們的重視，綠色能源產(chǎn)業(yè)對鋰離子電池的需求也越來越大。但是，硅基材料存在一個嚴重的問題是體積效應，硅基材料在吸收鋰離子的時候會出現(xiàn)體積膨脹的現(xiàn)象，如果使用硅基材料作為鋰離子電池負極，其膨脹會刺破隔膜，導致電池循環(huán)性能惡化，從而阻礙了硅基材料在鋰離子電池中的廣泛應用。為了克服這一缺點，通常采用制備空心或多孔結(jié)構(gòu)的硅基材料來緩解其使用過程中體積膨脹的問題。
[0003]雞蛋殼型二氧化硅即空心二氧化硅微球，其特有的核-殼空心結(jié)構(gòu)以及納米厚度的殼層使其具有很多優(yōu)異的光、電、磁、催化等方面的功能?？招亩趸枋菢O其重要的無機新材料之一，因其具有粒徑小、比表面積大、表面吸附力強、表面能大以及其空心部分能夠容納大量分子的特點，可以廣泛應用于各行業(yè)作為添加劑、石油化工脫色劑、消光劑、橡膠補強劑、塑料充填劑、油墨增稠劑、金屬軟性磨光劑、絕緣絕熱填充劑、高級日用化妝品填料、藥品載體及噴涂材料、醫(yī)藥、環(huán)保等領域。目前，制備多孔結(jié)構(gòu)的硅基材料一般都采用塊狀的硅材料為原始材料，用化學腐蝕的方法來獲得，采用化學腐蝕的方法得到的多孔硅基材料，由于孔徑過大，不適于在鋰離子電池負極材料中應用，而且化學腐蝕一般分為堿性腐蝕和酸性腐蝕，化學腐蝕可能帶來危險，并且會污染環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種合成效率高、環(huán)境友好且成本低廉的雞蛋殼型二氧化硅微米球的制備方法。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，一種雞蛋殼型二氧化硅微米球的制備方法，其特征在于包括以下步驟:(I)將可溶性鈉鹽和可溶性鉀鹽溶于水中配成金屬離子總摩爾濃度為0.01-2mol/L的緩沖溶液A ; (2)將硅基化合物溶于醇類化合物中得到混合溶液B，其中硅基化合物為四氯化硅、正硅酸乙酯或四甲基硅烷中的一種或多種，醇類化合物為甲醇、乙醇、丙醇或丁醇中的一種或多種；(3)在緩沖溶液A中加入表面活性劑C并攪拌混合均勻得到混合溶液D，其中表面活性劑C為六次甲基四胺、十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基苯磺酸鈉或吐溫中的一種或多種；(4)在混合溶液D中加入混合溶液B并攪拌混合均勻得到混合溶液E ; (5)在混合溶液E中加入表面活性劑F并攪拌混合均勻得到混合溶液G，其中表面活性劑F為乙二醇、甘油季戊四醇、失水山梨醇或蔗糖中的一種或多種；(6)將混合溶液G置于水熱反應釜中于100-110°C水熱反應6-1Oh，冷卻至室溫后將得到的溶液過濾，并用洗滌劑清洗沉淀物，將清洗后的沉淀物置于干燥箱中于60-100°C干燥
6-10h，然后于400-600°C煅燒l_5h得到粒徑為20-100 μ m的雞蛋殼型二氧化硅微米球。
[0006]進一步限定，步驟(I)中的可溶性鈉鹽為磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉或磷酸鈉中的一種或多種；步驟(I)中的可溶性鉀鹽為磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀或磷酸鉀中的一種或多種；步驟(I)中的水為去離子水或超純水；步驟(2)中的混合溶液B中硅基化合物的摩爾濃度為
0.01-lmol/L ;步驟(6)中的洗滌劑為去離子水、超純水、無水乙醇或丙酮中的至少兩種，清洗步驟依次為無水乙醇或丙酮、去離子水或超純水、去離子水或超純水和無水乙醇或丙酮。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:(I)制備方法簡單，反應條件溫和，并且易于進行規(guī)?；a(chǎn)；(2)制備過程無需通過酸腐蝕或堿腐蝕，對環(huán)境友好；(3)制備過程無需使用模板劑直接通過水熱反應即能制得粒徑為20-100 μm的雞蛋殼型二氧化硅微米球，制得的雞蛋殼型二氧化硅微米球具有較大的比表面積，有利于電子的傳遞和鋰離子的迀移，將制得的雞蛋殼型二氧化硅微米球應用于鋰離子電池負極時，表現(xiàn)出較高的充放電比容量和良好的循環(huán)性能。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明實施例1制得的雞蛋殼型二氧化硅微米球的掃描電鏡圖，圖2是本發(fā)明實施例2制得的雞蛋殼型二氧化硅微米球的掃描電鏡圖，圖3是本發(fā)明實施例3制得的雞蛋殼型二氧化硅微米球的掃描電鏡圖，圖4是本發(fā)明實施例4制得的雞蛋殼型二氧化硅微米球的掃描電鏡圖，圖5是本發(fā)明實施例5制得的雞蛋殼型二氧化硅微米球的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0009]以下通過實施例對本發(fā)明的上述內(nèi)容做進一步詳細說明，但不應該將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
[0010]實施例1
(I)稱0.3388g磷酸二氫鉀和0.3528g磷酸氫二鈉溶于去離子水中，定容至10mL得到緩沖溶液A ;(2)將47.1618g正硅酸乙酯溶于乙醇中，定容至10mL得到混合溶液B ; (3)在緩沖溶液A中加入0.0249g表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨，磁力攪拌約35min得到混合溶液D ; (4)在混合溶液D中加入15mL步驟(2)得到的混合溶液B，磁力攪拌15min得到混合溶液E ; (5)在混合溶液E中加入1mL表面活性劑甘油季戊四醇后繼續(xù)磁力攪拌30min得到混合溶液G ； (6)將混合溶液G放入反應釜中于105°C水熱反應8h，冷卻至室溫，將得到的溶液過濾得到沉淀物，并將得到的沉淀物依次用無水乙醇、去離子水、去離子水和無水乙醇洗滌，將清洗后的沉淀物置于干燥箱中于80°C干燥8h，然后于500°C煅燒2h得到雞蛋殼型二氧化硅微米球，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0011]實施例2
(I)稱0.3388g磷酸二氫鉀和0.3528g磷酸氫二鈉溶于去離子水中，定容至10mL得到緩沖溶液A ; (2)將47.1618g四氯化硅溶于乙醇中，定容至10mL得到混合溶液B ;(3)在緩沖溶液A中加入0.0249g表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉，磁力攪拌約35min得到混合溶液D ; (4)在混合溶液D中加入15mL步驟(2)得到的混合溶液B，磁力攪拌15min得到混合溶液E ; (5)在混合溶液E中加入1mL表面活性劑乙二醇后繼續(xù)磁力攪拌30min得到混合溶液G ; (6)將混合溶液G放入反應釜中于105°C水熱反應8h，