[发明专利]一种锂离子二次电池负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子二次电池负极材料的制备方法。

背景技术

电池作为储能设备，在现代社会中被广泛使用，其中，锂离子二次电池由于具有较高的工作电压、能量密度，良好的使用寿命和安全性而受到人们青睐。

目前，由于各种新型电子产品的出现、普及，以及电动车发展，对于具有高能量密度的锂离子二次电池的需求增加，而提高电池容量的关键在于选择性能更好的正负极材料。

目前大规模商业化使用的负极材料为石墨，但是其理论比容量仅为372mAhg^-1，相对较低。为了提高电池容量，人们开始关注能够与锂形成合金的一些元素，比如硅、锡等。硅能与锂形成锂硅合金，容量高达4200mAhg^-1，但是在合金化的过程中，会有严重的体积变化，导致充放电过程中活性材料的脱落，严重影响电池寿命。因此，科研人员把目光投向了硅碳复合物，硅的氧化物等材料。SiO₂便是其中之一，当SiO₂的颗粒非常小或者为无定型形态时，有较高的容量，循环性能也更好，但是纳米颗粒大小或无定型形态的SiO₂颗粒的制备工艺一般较复杂，比如利用正硅酸乙酯水解制备，其中需要控制的参数较多；同时，这种材料的导电性较差，通常会在制备的过程中加入碳等材料进行包覆，改善其性能，所以工艺较复杂，成本难以控制。

本发明以农业废弃物稻壳为原料，经过较为简单的工艺，制备出了性能较好的负极材料。

发明内容

鉴于现有的制备SiO₂的过程，本发明解决的问题在于提供了一种原料便宜，制备工艺简单的锂离子二次电池负极材料的制备方法。

本发明的具体技术方案如下：

一种锂离子二次电池负极材料的制备方法，以稻壳为原料，经碳化和高温处理两个步骤制得SiO₂/C锂离子二次电池负极材料；所述的碳化，是将稻壳在氮气气氛，温度450～700℃下碳化0.5～2h，得到碳化的稻壳；所述的高温处理，是将碳化的稻壳研磨成粉，在氢气或/和氩气的气氛下，700～1000℃下保温3～6h，自然降温，得到电极材料。

最佳的碳化条件是在温度450℃下碳化1h；最佳的高温处理条件是在温度900℃下保温5h。更高的温度或较长的时间对得到的电极材料性能提高不大，但却增加了能耗。

在高温处理步骤中，所述的氢气和氩气的混合气体，可以按任意体积比混合。优选的体积比为氢气∶氩气=5～10∶90～95。

更简单的一种锂离子二次电池负极材料的制备方法可以不进行高温处理，也可以作为电极材料，但性能较经过高温处理的电极材料差些。

一种锂离子二次电池负极材料的制备方法，以稻壳为原料，经碳化制得SiO₂/C锂离子二次电池负极材料；所述的碳化，是将稻壳在氮气气氛，温度450～700℃下碳化1～2h；最后自然降温，研磨成粉，得到电极材料。

优选的碳化条件是温度450℃下碳化1～1.5h。因为没有高温处理的过程，时间到1.5小时是保证碳化更充分。

本发明以农业废弃物稻壳为原料，来源丰富，成本低廉，环境友好，生产工艺简单可控，能耗低，周期短；同时，制备出的材料较稳定易于储存；用制得的电极材料制作锂离子二次电池的负极，具有电压平台低、容量较高、循环性能稳定及寿命长的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的技术方案及其制备出来材料的性能，给出下面的相关图示。

图1为SiO₂/C材料合成的步骤示意图；

图2为实施例1合成的SiO₂/C负极材料的XRD图谱；

图3为实施例1制备的SiO₂/C材料作为电极材料，锂作为对电极，制作的半电池的充放电曲线图；

图4为实施例1制备的SiO₂/C材料作为电极材料，锂作为对电极，制作的半电池的循环性能图；

图5为实施例2制备的SiO₂/C材料作为电极材料，锂作为对电极，制作的半电池的循环性能图；

图6为实施例3制备的SiO₂/C材料作为电极材料，锂作为对电极，制作的半电池的循环性能图；

图7为实施例4制备的SiO₂/C材料作为电极材料，锂作为对电极，制作的半电池的循环性能图。

具体实施方式