[發(fā)明專利]納米硅/碳復(fù)合材料及納米二氧化硅/碳復(fù)合材料的制備方法及產(chǎn)品

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810065659.3
• 申請日: 2018-01-23
• 公開（公告）號: CN108346786A
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃建國;楚惠雅;吳清州
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/48;H01M4/62;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 朱朦琪

本發(fā)明公開一種納米硅/碳復(fù)合材料的制備方法，以稻殼為原料，以鎂粉為還原劑，惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行高溫還原，經(jīng)一步法制備得到納米硅/碳復(fù)合材料；所述高溫還原的溫度為600～900℃，時間為1～10h。本發(fā)明還公開了一種納米二氧化硅/碳復(fù)合材料的制備方法，以稻殼為原料，在惰性氣體保護(hù)下碳化得到納米二氧化硅/碳復(fù)合材料；所述碳化的溫度為400～900℃，時間為1～10h。本發(fā)明分別提供了納米硅/碳復(fù)合材料及納米二氧化硅/碳復(fù)合材料的制備方法，均以稻殼為原料，經(jīng)一步法制備得到，該制備工藝簡單，沒有環(huán)境壓力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，具體涉及具有納米結(jié)構(gòu)的硅/碳、二氧化硅/碳復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，電子設(shè)備的應(yīng)用增多，都將化學(xué)電源推到了越來越重要的位置上。各類化學(xué)電源中，鋰離子電池由于其體積小，便于攜帶，充放電比容量高且穩(wěn)定等一系列優(yōu)點(diǎn)，使得其應(yīng)用極為廣泛。在目前所應(yīng)用的鋰離子電池中，其負(fù)極材料多為碳材料，如石墨，石墨的穩(wěn)定性很好，但是其較低的理論比容量(372mAh/g)使得其應(yīng)用與發(fā)展受到限制和影響。研究中發(fā)現(xiàn)，硅、錫等半導(dǎo)體材料的理論儲鋰容量遠(yuǎn)高于石墨，但其穩(wěn)定性能差，在鋰離子脫嵌過程中出現(xiàn)較劇烈的體積變化，破壞材料的微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步影響其電池性能，導(dǎo)致其應(yīng)用受阻。為解決這一問題，研究者做了大量工作，這也是鋰離子電池領(lǐng)域的一大研究熱點(diǎn)。

在鋰離子電池負(fù)極材料的研究中，硅基材料的研究很受關(guān)注，硅材料的理論比容量較高，安全無污染，但在電化學(xué)性能測試過程中由于脫嵌鋰導(dǎo)致體積變化使得比容量急劇降低，為解決這種現(xiàn)象，將碳材料與硅材料復(fù)合，希望能夠優(yōu)勢互補(bǔ)，改善材料的電化學(xué)性能。

在已發(fā)表的文獻(xiàn)中，已有若干以硅和碳、二氧化硅和碳復(fù)合得到的材料用作鋰離子電池負(fù)極材料的例子。

如公開號為CN 103000902 A的中國專利文獻(xiàn)中公開了一種硅/碳復(fù)合材料，該材料分別以硅粉和檸檬酸為硅源和碳源，通過噴霧裂解法制得硅/碳復(fù)合材料。又如公開號為CN 105633406 A的中國專利文獻(xiàn)中公布了一種二氧化硅/碳復(fù)合材料的制備方法，分別以硅酸鈉和葡萄糖為硅源和碳源，采用氯化鈉為模板，通過熱干的方法獲得二氧化硅/碳復(fù)合物。

但上述文獻(xiàn)中均是采用復(fù)合方法形成兩種物質(zhì)的復(fù)合產(chǎn)物，制備方法繁瑣，原材料的生產(chǎn)成本也較高。

公開號為CN 104009210 A的中國專利文獻(xiàn)公開了一種多孔硅/碳復(fù)合材料、制備方法及用途，以稻殼為原料，采用金屬熱還原和純化的方法得到具有多孔結(jié)構(gòu)的硅/碳復(fù)合材料。該方法先對稻殼進(jìn)行高溫碳化，繼之以金屬或碳為還原劑，經(jīng)高溫或球磨處理得到硅/碳復(fù)合材料。但是該方法流程復(fù)雜，并且后期處理中因二氧化硅還原不全而需要進(jìn)一步使用氫氟酸處理，會造成較嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明分別提供了納米硅/碳復(fù)合材料及納米二氧化硅/碳復(fù)合材料的制備方法，均以稻殼為原料，經(jīng)一步法制備得到，該制備工藝簡單，沒有環(huán)境壓力。將制備得到的納米硅/碳復(fù)合材料及納米二氧化硅/碳復(fù)合材料分別用作鋰離子電池負(fù)極，與采用現(xiàn)有工藝中制備得到的兩種復(fù)合材料的性能相當(dāng)。

具體技術(shù)方案如下：

一種納米硅/碳復(fù)合材料的制備方法，以稻殼為原料，以鎂粉為還原劑，惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行高溫還原，經(jīng)一步法制備得到納米硅/碳復(fù)合材料；

所述高溫還原的溫度為600～900℃，時間為1～10h。

所述高溫還原后的產(chǎn)物還需進(jìn)行后處理，具體為：

將產(chǎn)物進(jìn)行酸洗、洗滌和干燥處理。