[發明專利]生物硅碳材料的制備方法、生物硅碳材料及應用

在審

• 申請號: 201711488077.8
• 申請日: 2017-12-30
• 公開（公告）號: CN108199023A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 于開鋒;張涵翔;曹興剛;王中書;鄒康迪
• 申請（專利權）人: 吉林大學;深圳市朗能電池有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 生啟

本發明涉及一種生物硅碳材料的制備方法、生物硅碳材料及應用。一種生物硅碳材料的制備方法，包括以下步驟：使用無機強酸浸泡稻殼6小時～10小時后干燥處理；在保護性氣體的氛圍下，將干燥處理后的所述稻殼在400℃～600℃下煅燒2小時～4小時得到碳化物，所述保護性氣體選自氬氣、氮氣中的至少一種；將所述碳化物與鎂粉按照質量比1：0.8～1：1.2混合后研磨均勻得到混合物；將所述混合物在600℃～800℃下煅燒3小時～5小時得到預產物；使用酸液浸泡所述預產物6小時～12小時，所述酸液選自鹽酸、硫酸及硝酸中的至少一種；及使用氫氟酸浸泡所述預產物1小時～3小時得到生物硅碳材料。上述生物硅碳材料的制備方法制備的生物硅碳材料能提高鋰離子電池充放電容量、循環穩定性及倍率性能。

技術領域

本發明涉及一種生物硅碳材料的制備方法、生物硅碳材料及應用。

背景技術

隨著社會經濟飛速發展及人口劇增，人們對于能源需求越來越大，然而由于石油、煤、天然氣等化石能源的不可再生性，且經過長時間的開采后逐漸不能滿足經濟與社會發展的需要。此外，化石能源燃燒后產生的大量溫室氣體和有毒氣體，也在危害我們的生存環境。近年來，隨著人們環保意識的提高，人們對于清潔能源的呼聲越來越高，開發清潔、高效、節能的新能源替代化石能源成為研究者們關注的熱點。

鋰離子作為一種清潔、高效的綠色電源，自問世以來就受到廣泛關注，相比與傳統的電池，鋰離子電池具有工作電壓高、工作溫度范圍廣、能量密度大、無記憶效應的等優點。近年來，隨著智能電子設備的普及，鋰離子電池在移動電話、數碼相機、智能手表等方面得到廣泛應用。此外，國內外對于電動車、新能源汽車、航空航天以及軍事裝備等領域的應用也展開了積極地研究和應用。因此，鋰離子電池成為目前的一大研究趨勢，提高電池比容量、循環倍率和循環穩定性成為鋰離子電池研究的主要關注點。

負極材料是鋰離子電池的關鍵材料之一，而碳材料作為最早研究和應用的鋰電池負極材料至今仍受到廣泛關注。稻殼作為農業廢棄物焚燒容易引起火災，同時釋放大量二氧化碳加劇溫室效應，因此對稻殼進行碳化處理得到納米多孔硅得到一定的研究。然而，制備的納米多孔硅作為鋰離子電池負極材料時，鋰離子電池的充放電容量、循環穩定性及倍率性能均較差。

發明內容

基于此，有必要提供一種能提高鋰離子電池充放電容量、循環穩定性和倍率性能的生物硅碳材料的制備方法、生物硅碳材料及應用。

一種生物硅碳材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

使用無機強酸浸泡稻殼6小時～10小時后干燥處理；

在保護性氣體的氛圍下，將干燥處理后的所述稻殼在400℃～600℃下煅燒2小時～4小時得到碳化物；

將所述碳化物與鎂粉按照質量比1：0.8～1：1.2混合后研磨均勻得到混合物；

將所述混合物在保護性氣體的氛圍下600℃～800℃煅燒3小時～5小時得到預產物；

使用酸液浸泡所述預產物6小時～12小時所述酸液選自鹽酸、硫酸及硝酸中的至少一種；及

使用氫氟酸浸泡所述預產物1小時～3小時得到生物硅碳材料；

其中，所述保護性氣體選自氬氣及氮氣中的至少一種。

上述生物硅碳材料的制備方法，以稻殼為碳源和硅源，廉價易得，實現了資源再利用，減少了環境污染；制備方法操作簡單，成本低廉；制備的生物硅碳材料中本身具有非常穩定的電化學性能，其中無定形硅在容量提高方面起到了顯著的作用，而其中的無定形碳由于孔洞的存在對硅的膨脹起到了很好的緩沖作用，并且能為鋰電池的鋰提供更好的傳輸通道和附著點，能提高鋰離子電池充放電容量、循環穩定性和倍率性能，改善硅生物硅碳材料的電池性能。

在其中一個實施例中，所述無機強酸選自鹽酸、硫酸及硝酸中的至少一種。