[发明专利]纳米硅/碳复合材料及纳米二氧化硅/碳复合材料的制备方法及产品

说明书

本发明公开一种纳米硅/碳复合材料的制备方法，以稻壳为原料，以镁粉为还原剂，惰性气体保护下进行高温还原，经一步法制备得到纳米硅/碳复合材料；所述高温还原的温度为600～900℃，时间为1～10h。本发明还公开了一种纳米二氧化硅/碳复合材料的制备方法，以稻壳为原料，在惰性气体保护下碳化得到纳米二氧化硅/碳复合材料；所述碳化的温度为400～900℃，时间为1～10h。本发明分别提供了纳米硅/碳复合材料及纳米二氧化硅/碳复合材料的制备方法，均以稻壳为原料，经一步法制备得到，该制备工艺简单，没有环境压力。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及具有纳米结构的硅/碳、二氧化硅/碳复合材料及其制备方法。

背景技术

科学技术的迅速发展，电子设备的应用增多，都将化学电源推到了越来越重要的位置上。各类化学电源中，锂离子电池由于其体积小，便于携带，充放电比容量高且稳定等一系列优点，使得其应用极为广泛。在目前所应用的锂离子电池中，其负极材料多为碳材料，如石墨，石墨的稳定性很好，但是其较低的理论比容量(372mAh/g)使得其应用与发展受到限制和影响。研究中发现，硅、锡等半导体材料的理论储锂容量远高于石墨，但其稳定性能差，在锂离子脱嵌过程中出现较剧烈的体积变化，破坏材料的微观结构，进一步影响其电池性能，导致其应用受阻。为解决这一问题，研究者做了大量工作，这也是锂离子电池领域的一大研究热点。

在锂离子电池负极材料的研究中，硅基材料的研究很受关注，硅材料的理论比容量较高，安全无污染，但在电化学性能测试过程中由于脱嵌锂导致体积变化使得比容量急剧降低，为解决这种现象，将碳材料与硅材料复合，希望能够优势互补，改善材料的电化学性能。

在已发表的文献中，已有若干以硅和碳、二氧化硅和碳复合得到的材料用作锂离子电池负极材料的例子。

如公开号为CN 103000902 A的中国专利文献中公开了一种硅/碳复合材料，该材料分别以硅粉和柠檬酸为硅源和碳源，通过喷雾裂解法制得硅/碳复合材料。又如公开号为CN 105633406 A的中国专利文献中公布了一种二氧化硅/碳复合材料的制备方法，分别以硅酸钠和葡萄糖为硅源和碳源，采用氯化钠为模板，通过热干的方法获得二氧化硅/碳复合物。

但上述文献中均是采用复合方法形成两种物质的复合产物，制备方法繁琐，原材料的生产成本也较高。

公开号为CN 104009210 A的中国专利文献公开了一种多孔硅/碳复合材料、制备方法及用途，以稻壳为原料，采用金属热还原和纯化的方法得到具有多孔结构的硅/碳复合材料。该方法先对稻壳进行高温碳化，继之以金属或碳为还原剂，经高温或球磨处理得到硅/碳复合材料。但是该方法流程复杂，并且后期处理中因二氧化硅还原不全而需要进一步使用氢氟酸处理，会造成较严重的环境污染问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明分别提供了纳米硅/碳复合材料及纳米二氧化硅/碳复合材料的制备方法，均以稻壳为原料，经一步法制备得到，该制备工艺简单，没有环境压力。将制备得到的纳米硅/碳复合材料及纳米二氧化硅/碳复合材料分别用作锂离子电池负极，与采用现有工艺中制备得到的两种复合材料的性能相当。

具体技术方案如下：

一种纳米硅/碳复合材料的制备方法，以稻壳为原料，以镁粉为还原剂，惰性气体保护下进行高温还原，经一步法制备得到纳米硅/碳复合材料；

所述高温还原的温度为600～900℃，时间为1～10h。

所述高温还原后的产物还需进行后处理，具体为：

将产物进行酸洗、洗涤和干燥处理。