[发明专利]SiO2@C核壳复合物锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池负极材料制备技术领域，尤其涉及一种SiO₂@C核壳复合物锂离子电池负极材料的制备方法。

背景技术

随着笔记本电脑、手机、数码相机等便携式电子设备的发展普及、电动汽车的研发与应用，化学电源的需求和性能要求急剧增长。与传统的镍氢电池和镍镉电池相比，锂离子电池因为其能量密度高、放电电压高而平稳、自放电小、其循环性能好、安全性能好、环境友好等优势，成为目前为止最有应用前景的二次电池。

对于锂离子电池负极材料，商业化使用的传统的石墨材料，循环性能稳定，但是其理论比容量较低(372mAh/g)，限制锂离子电池的进一步发展。SiO₂具有较高的理论比容量(1965mAh/g)、放电电压低、材料易得、成本较低而得到研究人员的青睐，但是同时，SiO₂本身导电性低，且在锂离子嵌入和脱出过程中会发生体积变化，结构不稳定，导致容量的衰减。为了缓解这些缺陷，引入C基质，充分利用碳良好的导电性和弹性，从而制备SiO₂/C复合物。

目前制备SiO₂/C复合物，大多是分别以SiO₂源(如正硅酸乙酯，硅酸钠等)和炭源(如葡萄糖)的前驱体为原料，采用凝胶-溶胶、水热、化学气相沉积等方法，经过多步反应得到。专利CN105633406A将硅酸钠、葡萄糖和氯化钠按比例混合，通过溶解、干燥、研磨、煅烧等方法制备二氧化硅/多孔碳复合锂离子电池负极材料；而稻壳中天然含有优质的有机物炭源和介孔二氧化硅，可直接作为原料来制备锂离子电池负极材料，但目前大多是将二氧化硅溶解去除来制备碳基锂离子电池负极材料，例如专利CN105098183A是将稻壳炭化后干馏物进行酸洗、水洗后，按比例添加Na₂CO₃煅烧，再反复洗涤去除钠离子和硅酸盐，来制备锂离子电池微孔碳负极材料的方法。很少有研究涉及利用稻壳中SiO₂的优良性质来制备硅炭复合锂离子电池负极材料，专利CN103647043A记述了将稻壳初步炭化后，再经高温炭化、H₂还原二氧化硅的方法，来制备SiO_x/C锂离子电池负极材料的方法，是利用氢气将氧化硅还原，未能直接利用稻壳中的二氧化硅，整个操作过程繁杂，成本较高，涉及环保问题。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有技术未能直接利用稻壳中尺寸均一的纳米二氧化硅粒子作为高容量锂离子电池阳极材料，而且整个操作过程繁杂，成本较高，不环保，电极材料电化学性质较差。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种SiO₂@C核壳复合物锂离子电池负极材料的制备方法。

本发明是这样实现的，一种SiO₂@C核壳复合物锂离子电池负极材料的制备方法，以稻壳为原料，利用稻壳的有机质炭和SiO₂本身的特性，以及之间天然形成的互为模板的结构，采用高能球磨的方法将稻壳炭化后的炭块破碎，以及团聚的SiO₂纳米粒子分散；破碎后的碳粉均匀的包裹在分散后的SiO₂纳米粒子表面，最终形成具有相互连接网络结构的SiO₂@C核壳复合物。

进一步，所述SiO₂@C核壳复合物锂离子电池负极材料的制备方法具体包括以下步骤：

步骤一，将稻壳用去离子水洗净后，再于氮气气氛下，450℃～550℃处理1h～2h，得到稻壳干馏物；使用pH＝3～4的盐酸溶液酸洗后，再用去离子水洗涤至中性，100℃烘箱中干燥12h～24h后自然冷却至室温，得到SiO₂与C混合物；

步骤二，步骤一中得到的酸洗后SiO₂与C混合物在氮化硅罐中，用氮化硅球在不同条件下高能球磨，得到SiO₂@C核壳复合物锂离子电池负极材料。

进一步，所述步骤一中，将稻壳酸洗后用去离子水洗净，去除稻壳中所含碱金属氧化物杂质，得到稻壳炭化后的SiO₂与C混合物。

进一步，所述步骤二中，高能球磨方法包括：按照质量比氮化硅球：酸洗后SiO₂与C混合物＝10:1，球磨转速为800rpm，球磨时间分别为6h、12h、24h、30h，进行高能球磨。