[發明專利]一種硅藻復合材料及其制備方法和在鋰離子電池中的應用

在審

• 申請號: 201910628481.3
• 申請日: 2019-07-12
• 公開（公告）號: CN110518197A
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 楊曉晶;王政;羅均龍;馬斐
• 申請（專利權）人: 北京師范大學;北京泰利京鴻科學技術研究院有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525;H01M4/02
• 代理公司: 11413 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 張函;王春偉<國際申請>=<國際公布>=

本發明涉及一種硅藻復合材料及其制備方法和在鋰離子電池中的應用。所述制備方法為：以洗滌液對硅藻進行洗滌至濾液無色透明后，干燥、煅燒即得。硅藻在經過化學處理后，具有復雜但規整排列的多孔且多級孔結構形貌，且結構十分穩定。傳統方法則需要從外部引入碳源，材料的質量會依賴于引入碳源的質量以及其與二氧化硅的結合和分散程度，而本發明的方法使用硅藻內部自帶的有機質作為碳源，其與二氧化硅渾然一體，從根源上保證了碳結合這一步的質量。本發明所提供的制備方法工藝流程十分簡單，適合大規模的生產，而且這種方法也能為其他對硅藻的化學處理與后續應用提供啟發。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，特別是涉及一種硅藻復合材料及其制備方法和在鋰離子電池中的應用。

背景技術

目前，對于二氧化硅相關材料在鋰離子電池中的應用，主要分為兩種，一種是使用硅藻土作為原料，通過擦洗、堿浸、酸浸等長時間多步驟洗干凈雜質后，再高溫除去有機質后，引入碳源結合，制備成SiO₂/C材料。另一種是使用溶膠凝膠法合成納米多孔二氧化硅，然后引入碳源，使用多步驟化學過程制成SiO₂/C材料。一般多使用四乙氧基硅烷(TEOS)，加入乙醇和蒸餾水作為溶劑制成溶膠，加入乙酸和氨水作為催化劑使其凝膠化，然后對凝膠進行老化后干燥，制成納米多孔二氧化硅。然后加入諸如蔗糖、葡萄糖、高分子物質等作為碳源與其混合，高溫碳化以制備SiO₂/C。

首先，對于硅藻土來說，其成分十分復雜，含有大量的礦物和雜質，在洗滌這步要耗費大量的時間使用多步驟工藝才能使暴露的SiO₂達到實驗要求。然后另一種使用四乙氧基硅烷(TEOS)作為原料的方法，加入模板劑并使用溶膠凝膠法來合成的納米多孔二氧化硅，并不能保證形成均一規整的多孔結構，易團聚，期望得到高質量的產物，往往對工藝的精密需求和模板劑需求較嚴格。并且，在后續引入外部碳源再碳化的方法，也難以保證碳與二氧化硅基體穩定緊密且均勻結合。而且總的來看，整個過程包含了繁雜的多化學步驟，耗時耗力都較嚴重，且需要控制每一步的工藝才能保證最終生成物的質量。

所以，尋找一種更優質的二氧化硅相關材料是本領域的迫切需求。

硅藻是單細胞光合微藻，在海洋和淡水環境中普遍存在，在世界范圍內存在超過10萬種物種，每種物種具有不同的形態和尺寸，但通常在10至200μm范圍內。由于其高表面積，機械抗性，獨特的光學特性和生物相容性，硅藻殼的許多應用已經在光子學，傳感，光電子學，生物醫學以及能量轉換和儲存中進行了研究。

發明內容

本發明提供一種復合材料及其制備方法和在鋰離子電池中的應用，以實現鋰離子電池材料的進步。具體技術方案如下：

一種硅藻復合材料的制備方法，包括如下步驟：

以洗滌液對硅藻進行洗滌至濾液無色透明后，干燥、煅燒即得；

優選地，所述洗滌液選自鹽酸、醇、超純水中的一種或至少兩種。

值得解釋的是，所述的洗滌步驟可包括多次，而本發明所述的“所述洗滌液選自鹽酸、醇、超純水中的一種或至少兩種”是指“每一次洗滌時，所述洗滌液獨立地選自鹽酸、醇、超純水中的一種或至少兩種”，也就是說，洗滌步驟可包括多次，每一次洗滌步驟所選用的洗滌液各自獨立。

作為優選的技術方案，所述的制備方法包括如下步驟：

先以鹽酸和醇反復洗滌硅藻至濾液無色透明，再用超純水洗滌后，干燥、煅燒即得。

發明人于研發時經過大量的驗證，使用鹽酸相比較其他的溶劑，如超純水或其他酸，如硫酸、硝酸等具有優異的技術效果。使用鹽酸，能夠在本制備中保證不發生副反應，且于反應中不易有殘留，也不會破壞材料的外觀或結構。

優選地，所述鹽酸的濃度為0.5-2mol/L，所述醇優選為無水乙醇。