[发明专利]锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电极材料制造工艺技术领域，尤其涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法。

背景技术

与铅酸、镍镉、镍氢等传统的二次电池相比，锂离子电池具有工作电压高、体积小、质量轻、容量密度高、无记忆效应、无污染，以及自放电小、循环寿命长等优点。1990年，日本Sony公司生产出第一块锂离子电池，掀起了锂离子电池的商业化浪潮。

目前锂离子电池中使用的负极材料均是碳材料，包括天然石墨、人造石墨以及MCMB(中间相炭微球)等。这些碳负极具有充放电过程中电压稳定，循环性能好等优点。但是，石墨材料的理论容量仅为372mAh/g，难以满足人们对锂离子电池高容量的追求，尤其是电动汽车对高性能锂电池的需要，迫切要求开发具有高容量密度的负极材料。与碳材料相比，硅的理论容量密度可达4200mAh／g，作为新型负极材料具有广阔前景。但在锂的嵌入／脱嵌过程中，硅存在严重的体积效应，材料粉化严重，导致容量衰减很快，循环性能较差。近年来，研究人员对硅系负极材料进行了改性研究，包括对硅的纳米化、碳包覆以及制备硅合金等，在一定程度上改善了硅系材料的循环性能。本发明选用稻壳作为硅系负极材料的前体，利用其热解固体产物与金属粉发生还原反应，形成具有多孔结构的硅-碳复合材料，该多孔材料用作锂离子电池的负极，具有容量密度较高，首次库伦效率高以及循环性能好等优点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种锂离子电池负极材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将稻壳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；

2)对步骤1)所得稻壳进行热解，以分解其中的木质素和纤维素，得到热解固体产物；

3)对步骤2)热解产物中的二氧化硅含量进行检测，根据其含量按一定比例加入还原性金属粉，混合均匀，在惰性气体的保护下进行高温还原反应；

对步骤3)所得还原产物先进行酸洗，然后水洗至pH为6～8，抽滤干燥，得到多孔硅-碳复合材料。

作为优选，步骤1)中的酸洗所用酸为HCl或HNO₃或HF或H₂SO₄，浓度为10wt％～40wt％，酸洗时间为2h～4h。

作为优选，步骤1)中的水洗为去离子水洗涤。

作为优选，步骤1)中的干燥操作为80℃～120℃烘箱干燥24h～48h。

作为优选，步骤2)所述热解的条件为：热解保护气为氮气或氩气或氦气，热解温度500℃～650℃，热解时间为3h～6h。

作为优选，步骤3)中检测硅含量的方法为元素分析法。

作为优选，步骤3)中还原性金属粉与二氧化硅的摩尔比为1.5～2.5。

作为优选，步骤3)中还原性金属粉为镁粉或铝粉或锡粉或铁粉。

作为优选，步骤3)中惰性气体为氮气或氩气或氦气。

作为优选，步骤3)所述高温还原反应的温度为800℃～900℃，反应时间为3h～5h。

作为优选，步骤4)中的酸洗为先用浓度为20wt％～40wt％的HCl或HNO₃或H₂SO₄洗涤，后用20wt％～40wt％的HF溶液洗涤至pH为6～8。

本发明的有益效果是：

通过对稻壳进行一系列的处理及反应，得到具有多孔结构的硅-碳复合材料。其制备工艺简单，操作方便，且原料来源广泛，成本低廉；得到的硅-碳复合材料可用作锂离子电池的负极，具有容量密度高、循环性能好以及电化学性能优异等特点，有利于高性能锂离子电池的制备。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步说明，但实施例并不限制本发明的保护范围。

实施例1

1)将稻壳浸泡于10wt％的HCl溶液中4h，进行酸洗以除去其中的碱金属杂质，然后用去离子水洗涤、抽滤3次，至pH为6，80℃干燥48h；

2)对步骤1)所得稻壳在氮气保护下，500℃热解5h，以分解其中的木质素和纤维素，得到热解固体产物；

3)元素分析法测得步骤2)热解产物中二氧化硅的摩尔数，加入金属镁粉，镁粉与二氧化硅的摩尔比为2，混合均匀，在氩气的保护下进行800℃的高温还原反应4h；