[发明专利]生物硅碳材料的制备方法、生物硅碳材料及应用

说明书

本发明涉及一种生物硅碳材料的制备方法、生物硅碳材料及应用。一种生物硅碳材料的制备方法，包括以下步骤：使用无机强酸浸泡稻壳6小时～10小时后干燥处理；在保护性气体的氛围下，将干燥处理后的所述稻壳在400℃～600℃下煅烧2小时～4小时得到碳化物，所述保护性气体选自氩气、氮气中的至少一种；将所述碳化物与镁粉按照质量比1：0.8～1：1.2混合后研磨均匀得到混合物；将所述混合物在600℃～800℃下煅烧3小时～5小时得到预产物；使用酸液浸泡所述预产物6小时～12小时，所述酸液选自盐酸、硫酸及硝酸中的至少一种；及使用氢氟酸浸泡所述预产物1小时～3小时得到生物硅碳材料。上述生物硅碳材料的制备方法制备的生物硅碳材料能提高锂离子电池充放电容量、循环稳定性及倍率性能。

技术领域

本发明涉及一种生物硅碳材料的制备方法、生物硅碳材料及应用。

背景技术

随着社会经济飞速发展及人口剧增，人们对于能源需求越来越大，然而由于石油、煤、天然气等化石能源的不可再生性，且经过长时间的开采后逐渐不能满足经济与社会发展的需要。此外，化石能源燃烧后产生的大量温室气体和有毒气体，也在危害我们的生存环境。近年来，随着人们环保意识的提高，人们对于清洁能源的呼声越来越高，开发清洁、高效、节能的新能源替代化石能源成为研究者们关注的热点。

锂离子作为一种清洁、高效的绿色电源，自问世以来就受到广泛关注，相比与传统的电池，锂离子电池具有工作电压高、工作温度范围广、能量密度大、无记忆效应的等优点。近年来，随着智能电子设备的普及，锂离子电池在移动电话、数码相机、智能手表等方面得到广泛应用。此外，国内外对于电动车、新能源汽车、航空航天以及军事装备等领域的应用也展开了积极地研究和应用。因此，锂离子电池成为目前的一大研究趋势，提高电池比容量、循环倍率和循环稳定性成为锂离子电池研究的主要关注点。

负极材料是锂离子电池的关键材料之一，而碳材料作为最早研究和应用的锂电池负极材料至今仍受到广泛关注。稻壳作为农业废弃物焚烧容易引起火灾，同时释放大量二氧化碳加剧温室效应，因此对稻壳进行碳化处理得到纳米多孔硅得到一定的研究。然而，制备的纳米多孔硅作为锂离子电池负极材料时，锂离子电池的充放电容量、循环稳定性及倍率性能均较差。

发明内容

基于此，有必要提供一种能提高锂离子电池充放电容量、循环稳定性和倍率性能的生物硅碳材料的制备方法、生物硅碳材料及应用。

一种生物硅碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

使用无机强酸浸泡稻壳6小时～10小时后干燥处理；

在保护性气体的氛围下，将干燥处理后的所述稻壳在400℃～600℃下煅烧2小时～4小时得到碳化物；

将所述碳化物与镁粉按照质量比1：0.8～1：1.2混合后研磨均匀得到混合物；

将所述混合物在保护性气体的氛围下600℃～800℃煅烧3小时～5小时得到预产物；

使用酸液浸泡所述预产物6小时～12小时所述酸液选自盐酸、硫酸及硝酸中的至少一种；及

使用氢氟酸浸泡所述预产物1小时～3小时得到生物硅碳材料；

其中，所述保护性气体选自氩气及氮气中的至少一种。

上述生物硅碳材料的制备方法，以稻壳为碳源和硅源，廉价易得，实现了资源再利用，减少了环境污染；制备方法操作简单，成本低廉；制备的生物硅碳材料中本身具有非常稳定的电化学性能，其中无定形硅在容量提高方面起到了显著的作用，而其中的无定形碳由于孔洞的存在对硅的膨胀起到了很好的缓冲作用，并且能为锂电池的锂提供更好的传输通道和附着点，能提高锂离子电池充放电容量、循环稳定性和倍率性能，改善硅生物硅碳材料的电池性能。

在其中一个实施例中，所述无机强酸选自盐酸、硫酸及硝酸中的至少一种。