[发明专利]一种稻壳基硅氧化物/石墨烯气凝胶复合负极材料及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种稻壳基硅氧化物/石墨烯气凝胶复合负极材料，其特征在于，所述的复合负极材料为具有褶皱结构和大孔/介孔的随机定向片状结构相互连接构成的三维多孔框架结构，其中硅氧化物的颗粒直径为40～200nm，均匀分散在三维石墨烯气凝胶网络的内部和表面；按百分数计硅为8～23％，氧为47～82％，碳为10～30％；BET比表面积为160～210m²/g。

2.一种根据权利要求1所述的稻壳基硅氧化物/石墨烯气凝胶复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将稻壳采用超纯水清洗干净，浸泡于浓度为0.1～5mol/L的酸溶液中，在80～100℃下保持8～24h并不断搅拌，通过离心分离并用超纯水洗至中性，置于烘箱中烘干；

步骤2、将步骤1得到的产物平铺于瓷舟中，置于惰性气氛的管式炉内，以升温速率为2～5℃/min，在400～600℃保持1～4h，自然冷却到室温；

步骤3、将步骤2得到的产物置于浓度为1～3mol/L的NaOH溶液中回流搅拌，在25～130℃下保持2～6h后，过滤后，得到滤液；

步骤4、向步骤3得到的滤液中按照质量比1：(0.1～0.5g)加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，待固体溶解后，在25～80℃下滴加酸溶液至pH＝1～10并保持3～24h得到白色沉淀，将沉淀过滤并洗涤至中性并干燥；

步骤5、将步骤4得到的产物平铺于瓷舟中，置于管式炉内，在空气氛围下以2～5℃/min的升温速率于400～600℃保持1～6h后，自然冷却；

步骤6、将步骤5得到的产物与铝粉或镁粉或铝镁粉混合物按照质量比1～6：1～6混合均匀装入球磨罐中，惰性气体下球磨10min～10h后，置于不锈钢密闭反应器中，惰性气体氛围下以2～15℃/min的升温速率，保温温度为650～750℃，时间为2～6h进行还原，自然冷却；

步骤7、将步骤6得到的产物浸泡在浓度为0.1～2mol/L的酸溶液中反应4～24h，过滤洗涤至中性，并真空干燥；

步骤8、将步骤7得到的产物超声分散于浓度为1～2mg/mL氧化石墨烯溶液中1～2h，在150～180℃下水热反应4～12h后，自然冷却并过滤及用超纯水洗涤；

步骤9、将步骤8得到的产物冷冻干燥后，置于管式炉内，于氢氩混合气中以2～5℃/min的升温速率，在500～600℃温度范围内保持2～6h，自然冷却，得到稻壳基硅氧化物/石墨烯气凝胶复合负极材料。

3.根据权利要求2所述的稻壳基硅氧化物/石墨烯气凝胶复合负极材料的制备方法，其特征在于：步骤1中所述的酸溶液为盐酸、硫酸、硝酸、醋酸、草酸中的任意一种或其中多种任意比例的混合酸。

4.根据权利要求2所述的稻壳基硅氧化物/石墨烯气凝胶复合负极材料的制备方法，其特征在于：步骤2中所述的惰性气氛为氮气或氩气或氮氩混合气。

5.根据权利要求2所述的稻壳基硅氧化物/石墨烯气凝胶复合负极材料的制备方法，其特征在于：步骤4中所述的酸溶液为盐酸、硫酸、硝酸、醋酸、草酸中的任意一种，浓度为1～15wt％。

6.根据权利要求2所述的稻壳基硅氧化物/石墨烯气凝胶复合负极材料的制备方法，其特征在于：步骤6中所述的惰性气氛为氮气或氩气或氮氩混合气。

7.根据权利要求2所述的稻壳基硅氧化物/石墨烯气凝胶复合负极材料的制备方法，其特征在于：步骤7中所述的酸溶液为盐酸、硫酸、硝酸、醋酸、草酸中的任意一种或其中多种任意比例的混合酸。

8.一种根据权利要求1所述的稻壳基硅氧化物/石墨烯气凝胶复合负极材料的应用，其特征在于：作为锂离子电池负极材料的应用。

9.一种根据权利要求8所述应用的方法，其特征在于：具体是用作CR2032扣式锂离子电池，包括如下步骤：

(A)、将稻壳基硅氧化物/石墨烯气凝胶复合材料、科琴黑、聚偏氟乙烯按照质量比5～8：4～1：1混合均匀，得到固体混合物；

(B)、将步骤(A)得到的固体混合物与N-甲基吡咯烷酮按照质量比18～30：70～82混合，搅拌均匀，制得浆料；

(C)、将步骤(B)得到的浆料涂覆在铜箔上，经干燥、辊压后制得厚度为11～25μm的锂离子电池电极片；

(D)、将步骤(C)得到的锂离子电池电极片作为工作电极，锂片作为对电极，采用微孔聚丙烯-聚乙烯膜为隔膜，采用1mol/L的LiPF6为电解液，在充满氩气的手套箱中装配成CR2032扣式锂离子电池。