[发明专利]绿色低成本具有三维多孔结构硅碳负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种绿色低成本具有三维多孔结构硅碳负极材料的制备方法。本发明包括如下步骤：取纳米硅粉，用无水乙醇清洗纳米硅粉后干燥，得A品；取十六烷基三甲基溴化铵、酵母和A品混合后加入纯水中超声分散，得B品；取小麦面粉和B品混合均匀，发酵，烘干定型，得C品；将C品碳化，得D品；用盐酸溶液浸泡洗涤D品，再用纯水洗涤至中性后抽滤干燥，得成品。本发明具有低成本绿色简单易操作的优点，通过十六烷基三甲基溴化铵的加入，可调整纳米硅颗粒表面电荷状态便于其在制备过程混合均匀，通过氮源掺杂，有助于增加碳材料的缺陷和空位，增加活性位点，有效改善硅碳负极材料的嵌锂活性，且制得材料具有结构稳定性高，循环稳定性好的优点。

技术领域

本发明涉及锂离子电池硅碳负极材料技术领域，特别是一种绿色低成本具有三维多孔结构硅碳负极材料的制备方法。

背景技术

多孔碳材料由于特殊的表面结构和巨大的比表面积，在很多领域都有运用。目前制备多孔碳的方法常为复杂的硬模板热解法，但这种方法一方面在碳化过程需要使用模板剂，另一方面后续模板剂的清除也需要消耗大量的酸碱，不仅增加了经济负担还增加了环境负担。

多孔硅碳负极材料通过对于包覆层的改性，其多孔结构不仅有利于锂离子的嵌入和脱出，还能有效的保证硅基负极在循环过程中电极结构的完整性提升硅基负极材料的导电性，是提升锂电池能量密度的有效手段。因此，发明一种低成本绿色环保、方法简单且孔径结构可控的锂电池三维多孔硅碳负极材料，对于推动提升电池能量密度，解决电池膨胀保证电池安全性具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种绿色低成本具有三维多孔结构硅碳负极材料的制备方法。本发明的方法绿色环保且操作简单，采用生物质材料为碳源，以酵母发酵的低成本方式制备三维多孔硅碳结构。通过控制发酵时间以及生物质材料的加入量，可以有效控制材料内孔的数量和大小，满足不同领域应用需求，有助于解决锂电池硅碳负极材料体积膨胀导致循环稳定性差等技术难题。制成的锂电池三维多孔硅碳负极材料具有，纳米结构稳定性高，循环稳定性好等优点。

本发明的技术方案：一种绿色低成本具有三维多孔结构硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)取纳米硅粉，用无水乙醇清洗纳米硅粉后干燥，得A品；

(2)取十六烷基三甲基溴化铵、酵母和A品混合后加入纯水中超声分散，得B品；

(3)取小麦面粉和B品混合均匀，发酵，烘干定型，得C品；

(4)将C品碳化，得D品；

(5)用盐酸溶液浸泡洗涤D品，再用纯水洗涤至中性后抽滤干燥，得成品。

前述的绿色低成本具有三维多孔结构硅碳负极材料的制备方法中，所述步骤(1)是取颗粒直径范围为10-150nm的0.2-1g纳米硅粉，用20-500mL无水乙醇清洗纳米硅粉后干燥，得A品。

前述的绿色低成本具有三维多孔结构硅碳负极材料的制备方法中，所述步骤(2)是取十六烷基三甲基溴化铵、酵母和A品混合后加入10-30mL纯水中超声分散20-40min，得B品；

前述的绿色低成本具有三维多孔结构硅碳负极材料的制备方法中，所述十六烷基三甲基溴化铵的加入量是每0.5gA品加入0.5-5g；所述酵母的加入量是每0.5gA品加入0.1-5g。

前述的绿色低成本具有三维多孔结构硅碳负极材料的制备方法中，所述步骤(3)是取小麦面粉和B品混合均匀，覆盖保鲜膜密封在20-50℃下发酵8-100h，然后放入70-90℃鼓风干燥箱内烘干8-16h定型，得C品；

前述的绿色低成本具有三维多孔结构硅碳负极材料的制备方法中，所述小麦面粉的加入量是B品中每0.5gA品加入0.5-5g。