[发明专利]一种稻壳基硅氧碳复合负极材料的制备方法及其应用

说明书

一种稻壳基硅氧碳复合负极材料的制备方法，将稻壳清洗干净、浸泡于0.1～5mol/L的酸溶液中，在50～80℃下保持8～24h并搅拌，过滤并洗涤至中性干燥，得到产物A；再将产物A平铺于瓷舟中，置于管式炉内，以升温速率为2～5℃/min，温度为400～600℃，时间为0.5～2h进行预碳化处理，得到产物B；然后将产物B与碳材料按照1～6：1～6质量比混合均匀装在球磨罐中，球磨3～12h得到产物C；最后将产物C平铺于瓷舟中，置于管式炉内，以升温速率为2～5℃/min，升温温度为800～1300℃，进行煅烧2～7h，自然冷却后得到稻壳基硅氧碳复合负极材料。本发明工艺简单，原料来源广泛，便于大规模生产。

技术领域

本发明涉及新能源储能领域，特别涉及一种稻壳基硅氧碳复合负极材料的制备方法及其应用。

背景技术

锂离子电池(LIBs)具有能量密度高、功率密度大、工作电压高、循环寿命长、自放电率低、环境污染低等优点，作为目前最有效的储能设备之一，已经广泛的应用于各个领域，在现代社会中发挥着越来越重要的作用。随着电动汽车的大量生产以及可便携式电子设备的迭代更新对锂离子电池的容量和续航能力有了更高的需求。

然而当前锂离子电池商业化使用的主流负极材料为石墨，其理论容量仅为372mAh/g，在实际应用过程中，已接近理论容量，无法满足高性能电池的应用需求。因此开发具有高比容量的新兴负极材料已经是大势所趋，在提出的用于锂离子电池的新兴负极材料中，硅被认为是最有希望替代石墨的候选材料。它具有超高的理论容量(4200mA h/g)，是石墨的11倍，并且在地壳中含量丰富，对环境友好。但是，硅材料在锂离子反复的嵌入和脱出过程中，伴随着严重的体积变化(约300％)，导致充放电过程中硅颗粒的粉碎，电极脱落以及固体电解质界面(SEI)过度生长而影响其循环寿命。为了解决这个缺点，硅氧碳复合负极材料便是其研究中的一大热点。碳材料具有较高的电导率，结构相对稳固，在循环过程中体积膨胀很小，通常在10％以下，并且碳材料还具有良好的柔韧性和润滑性，能够在一定程度上抑制硅材料在循环过程中的体积膨胀。目前，大多数制备硅氧碳负极材料的工艺较为复杂，成本较高。因此，开发一种工艺简单、成本低、能有效抑制硅颗粒体积膨胀的制备方法仍是一个挑战。

已经证明，可以通过天然生物质来制造各种各样的功能纳米结构材料。在各种天然物质中，稻是最常见的农作物之一，在全球广泛种植，稻壳作为一种农业废料，常见的处理方式为露天焚烧，不仅造成资源浪费还污染环境。经过检测证实稻壳中包含有丰富的碳和硅元素(稻壳含有20％重量的二氧化硅)，通过设计和制造可以作为锂离子电池负极材料，使稻壳成为开发新型硅氧碳复合电极材料的重要资源，对于解决当前的能源危机和环境污染问题具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种稻壳基硅氧碳复合负极材料的制备方法及其应用。

本发明采用天然的可再生的农作物废料稻壳为负极材料的前驱体，通过简单的机械化学方法，制备出高循环稳定性、低成本的锂离子电池负极材料。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种稻壳基硅氧碳复合负极材料的制备方法及其应用，包括如下步骤：

步骤1：将稻壳采用超纯水清洗干净、然后浸泡于0.1～5mol/L的酸溶液中，在50～80℃下保持8～24h并不断搅拌，然后过滤并用超纯水洗涤至中性干燥，得到产物A；

步骤2：将产物A平铺于瓷舟中，置于惰性气氛的管式炉内，以升温速率为2～5℃/min，预碳化温度为400～600℃，预碳化时间为0.5～2h进行预碳化处理，得到产物B；

步骤3：将产物B与碳材料按照1～6：1～6质量比混合均匀装在球磨罐中，球磨3～12h得到产物C；