[发明专利]一种锂离子电池硅-碳复合材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种锂离子电池硅‑碳复合材料的制备方法。本发明通过生物源获得多孔二氧化硅，采用金属热反应获得纳米级多孔硅，由纳米级多孔硅、导电剂、石墨材料制备硅‑碳复合材料，其中导电剂采用纤维状导电剂与颗粒状导电剂的复合，纳米级多孔硅与导电剂均匀分散并被无定形碳包覆在一起形成复合颗粒，复合颗粒在与石墨材料复合得到最终产品硅‑碳复合材料，复合材料粒径为1um‑50um，孔径为1nm‑1um，比表面积为2‑50m2/g。所得硅‑碳复合材料导电性和机械性能得到改善，具有优异的倍率性能及循环性能。

主权项

1.一种锂离子电池硅‑碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤依次为：步骤1)将稻壳进行水洗以除去表面杂质，干燥后进行酸洗以除去其中的碱金属杂质，随后用水洗涤至pH为6‑7，干燥；酸处理稻壳在空气中进行热解，以分解其中的木质素、纤维素和纤维素衍生糖，得到热解生物二氧化硅产物；步骤2)将步骤1)所得二氧化硅与还原剂按一定比例混合，在混合气体的保护下进行高温还原反应；将所得还原产物进行酸洗，然后用水洗涤至pH为6‑7，抽滤干燥，得到纳米级多孔硅材料；所述还原剂为镁粉、铝粉中的一种，二氧化硅与还原剂摩尔比为1:2‑3，混合气体为氢气与氩气或氦气的混合气体,升温速率3‑10℃/min，烧结温度为500‑1100℃，烧结时间为5‑24h；酸洗所用酸是盐酸、氢氟酸、硝酸、硫酸中的一种或多种，浓度为1‑12mol/L，酸洗时间为1‑5h，干燥温度100℃，干燥时间12h；步骤3)将步骤2)所得纳米级多孔硅材料与导电剂、分散剂、碳源、球磨助剂按一定比例球磨均匀分散，喷雾干燥后在惰性气氛保护下高温烧结，得到多孔硅与导电剂碳包覆复合材料；所述纳米级多孔硅材料、导电剂、分散剂、碳源、球磨助剂的质量比为50‑70:20‑30:5‑10:5‑10:1000，采用球磨分散，球磨转速300r/min，球磨时间10‑50h；所述导电剂为纤维状导电剂与颗粒状导电剂复合物，纤维状导电剂为碳纳米管与导电碳纤维中的一种或2种，颗粒状导电剂为乙炔黑、SP碳、KS‑6、SFG‑6中的一种或多种，其中纤维状导电剂与颗粒状导电剂的质量比为10‑20:80‑90；步骤4)将步骤3)所得多孔硅与导电剂碳包覆复合材料、石墨材料按一定比例复合，得到硅‑碳复合材料；多孔硅与导电剂碳包覆复合材料与石墨材料采用V型机混合，混合时间2‑4h，多孔硅与导电剂碳包覆复合材料与石墨材料质量比为10‑20:80‑90，石墨材料选择中间相碳微球、天然石墨、人造石墨中的一种或多种。