專利名稱：硅碳復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，具體是一種硅碳復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池由于具有比能量大、工作電壓高、安全性高、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，在各種便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車和新能源存儲(chǔ)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。然而，隨著對(duì)高能電源需求的增長(zhǎng)，對(duì)高能密度、快速大功率充放電的鋰離子電池需求十分迫切。最近幾年， 圍繞如何發(fā)展高能密度、快速大功率充放電的鋰離子電池展開(kāi)了大量研究。一般來(lái)說(shuō)，鋰離子電池的總比容量是由組成電池的各元件共同決定的，而負(fù)極材料作為儲(chǔ)鋰的主體，在充放電過(guò)程中實(shí)現(xiàn)鋰離子的嵌入和脫出，是提高鋰離子電池總比容量、循環(huán)性、充放電等相關(guān)性能的關(guān)鍵。目前商業(yè)化的負(fù)極材料主要是以石墨為主的傳統(tǒng)碳材料，而石墨理論的比容量只有372 mAh/g，這大大限制了鋰離子電池總比能量的進(jìn)一步提高。因此，發(fā)展新型具有高比容量的負(fù)極材料十分迫切。硅在理論上具有最大的比容量(4200 mAh/g)，并且來(lái)源廣泛，是理想的高比容量負(fù)極材料。但是，不同于碳類材料，硅材料在鋰離子的嵌入和脫出過(guò)程中，伴隨著嚴(yán)重的體積變化，可高達(dá)300%，使充放電過(guò)程中電極中的活性物質(zhì)脫落、粉化等而影響其循環(huán)壽命。 近幾年，國(guó)內(nèi)外為了解決這一問(wèn)題展開(kāi)了集中研究，通過(guò)硅的納米化，和引入復(fù)合相防止復(fù)合結(jié)構(gòu)的坍塌從而提高循環(huán)壽命。在復(fù)合相的選擇中，由于碳材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在充放電過(guò)程中體積變化相對(duì)較小，具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性能，并且導(dǎo)電性和熱、化學(xué)穩(wěn)定性好，具有一定的比容量，除此以外，碳與硅的化學(xué)性質(zhì)相近，二者能緊密結(jié)合，因此Si和C的復(fù)合，可以達(dá)到改善硅的體積效應(yīng)， 提高其電化學(xué)穩(wěn)定性的目的。目前，碳與硅的復(fù)合主要是通過(guò)某些物理、化學(xué)方法形成碳、 硅的“核殼”或“鑲嵌”結(jié)構(gòu)，例如中國(guó)專利CN 1304187、中國(guó)專利CN 1681145等。這些方法利用的碳前驅(qū)體主要包括環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚丙烯腈、聚苯乙烯、浙青等的一種或幾種，因此生產(chǎn)的碳緊密包覆硅材料，一定程度上改善了負(fù)極材料的循環(huán)性。然而，目前這些制備方法獲得的碳硅復(fù)合材料，其碳?xì)そY(jié)構(gòu)致密，雖然部分緩解了在充放電過(guò)程中硅體積變化帶來(lái)了應(yīng)力問(wèn)題，然而也使電解液中很難完全、快速的與硅活性材料反應(yīng)，因此往往不能充分發(fā)揮硅材料的最大容量，并且難以快速充放電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供了一種硅碳復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。一種硅碳復(fù)合負(fù)極材料，包括核殼結(jié)構(gòu)和支撐基體，其中核殼結(jié)構(gòu)分散在支撐基體上，所述支撐基體為由生物質(zhì)材料分解得到的多孔炭。所述核殼結(jié)構(gòu)為碳硅核殼顆粒，包括納米硅顆粒和非晶碳，其中，納米硅顆粒為核，非晶碳為殼，非晶碳包裹在納米硅顆粒外部。 所述生物質(zhì)材料包括農(nóng)作物廢棄物和植物材料，其中農(nóng)作物廢棄物指秸稈、稻殼、 果殼、棉纖維、果核、麥稈、玉米棒、木屑、竹子及茭白葉中的一種或幾種；植物材料包括木材或樹(shù)葉。 所述硅碳復(fù)合負(fù)極材料的粒徑為1-200 μ m ； 所述納米硅顆粒的粒徑為2-800 nm。所述硅碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，包括如下步驟 第一步可以為兩種方式，任選其一進(jìn)行
方式一，選擇生物質(zhì)材料，清洗干燥后，在真空或惰性氣氛條件下熱處理，并采用物理活化或者化學(xué)活化的方式對(duì)熱處理后的生物質(zhì)材料進(jìn)行擴(kuò)孔，制備多孔炭；方式二，選擇生物質(zhì)材料，清洗干燥后，保持在一定溫度下水解，得到小分子有機(jī)物，該小分子有機(jī)物為多孔炭支撐基體的前驅(qū)體；
第二步，配置一定比例的非晶碳?xì)で败|體溶液，并將硅粉及第一步得到的多孔炭或者小分子有機(jī)物按比例混于該溶液中，超聲、攪拌分散處理；
第三步，將第二步得到的溶液混合物加熱到一定溫度，同時(shí)進(jìn)行攪拌，直至溶液全部蒸干得到固體狀粉體；
第四步，將第三步得到的固體狀粉體干燥后，在真空或惰性氣氛條件下熱處理，粉碎、 過(guò)篩得到以多孔炭為支撐基體的硅碳復(fù)合負(fù)極材料。所述物理活化過(guò)程包括在CO2、水蒸氣或者空氣氣氛中熱處理；所述化學(xué)活化過(guò)程包括采用活化劑NaOH、K0H、K2C03、ZnCl2或!^e (NO3)2中的一種與清洗干燥后的生物質(zhì)材料混合后，在真空或惰性氣氛中熱處理，熱處理后酸洗、水洗除去殘留的雜質(zhì)。所述所屬水解是在稀酸、稀堿或酶的溶液中進(jìn)行的，所述小分子有機(jī)物為由生物質(zhì)材料中的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素水解分解而成的糖類小分子。本發(fā)明提供了一種硅碳復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法，通過(guò)選擇低成本的生物質(zhì)， 例如農(nóng)作物廢棄物，作為原材料制備多孔炭，并作為支撐基體在其表面復(fù)合核殼結(jié)構(gòu)的碳硅納米顆粒，然后熱處理生成。這種復(fù)合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于一方面支撐基體具有來(lái)自天然材料的分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)，對(duì)于電解液具有快速傳導(dǎo)作用，有利于快速充放電；另一方面復(fù)合在多孔炭表面和孔道內(nèi)的“核殼”硅碳顆粒作為活性材料，提供高的比容量，并且支撐基體的多孔結(jié)構(gòu)為活性材料的體積變化提供空間，從而提高負(fù)極材料的循環(huán)性；最后，以生物質(zhì)為原材料的多孔炭表面富含氫和納米孔，可進(jìn)一步提高材料的比容量。本發(fā)明提供了一種硅碳復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法，采用具有分級(jí)孔結(jié)構(gòu)的生物質(zhì)材料制備作為支撐基體的多孔碳的前驅(qū)體，其反應(yīng)生成的多孔炭能為硅活性材料提供體積變化的空間，防止負(fù)極材料塌陷。而熱解碳包裹了納米硅顆粒，減小固體電解質(zhì)相界面膜的生成，提高循環(huán)性能。


圖1為本發(fā)明的硅碳復(fù)合負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)示意圖和透射圖； 圖2為利用本發(fā)明的方法制備的硅碳復(fù)合負(fù)極材料的XRD圖。圖中，1為納米硅顆粒，2為非晶碳，3為支撐基體。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。本實(shí)施例提供的硅碳復(fù)合負(fù)極材料顆粒，其粒徑為1-200微米，包括核殼結(jié)構(gòu)和支撐基體3，其中，核殼結(jié)構(gòu)為納米級(jí)的碳硅核殼顆粒，支撐基體為微米級(jí)的多孔炭，碳硅核殼顆粒分散在多孔炭的表面和孔道內(nèi)壁上，兩者牢固結(jié)合。其中，核殼結(jié)構(gòu)是以2-800納米硅顆粒1為核，以裂解得到的非晶碳2為殼，非晶碳2緊緊包裹在納米硅顆粒1外部。支撐基體3為多孔炭，尺寸為1-200微米，該多孔炭由生物質(zhì)材料分解得到，分解方式可以為直接裂解并活化，也可以為直接將生物質(zhì)材料水解為小分子有機(jī)物作為多孔炭支撐基體的前驅(qū)體后，與納米硅顆粒復(fù)合后裂解生成。在該硅碳復(fù)合負(fù)極材料顆粒中，納米硅顆粒的重量百分比為1_60%，多孔炭的重量百分比為40-99% ；非晶碳?xì)さ闹亓堪俜直葹?-30%。以上為硅碳復(fù)合負(fù)極材料的實(shí)施例，接下來(lái)對(duì)該硅碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法實(shí)施例進(jìn)行描述。實(shí)施例1
本實(shí)施例為硅碳復(fù)合負(fù)極材料實(shí)施例。本實(shí)施例提供的硅碳復(fù)合負(fù)極材料是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的
第一步，選擇生物質(zhì)材料，清洗干燥后，在真空或惰性氣氛條件下熱處理，采用化學(xué)活化的方式進(jìn)行擴(kuò)孔，制備多孔炭。具體為，將茭白葉洗凈干燥并在隊(duì)下650°C熱處理后，按照 K2CO3 熱處理后的茭白葉=1 0. 1的重量比制備水溶液并浸漬5小時(shí)，過(guò)濾后干燥，在1000°C 下以熱處理的方式活化1小時(shí)，用9%的稀鹽酸去除多余的活性劑，水洗后得到多孔炭，粉碎篩分為10微米大小作為支撐基體；
第二步，將硅粉及第一步得到的多孔炭按比例混于非晶碳?xì)で膀?qū)體材料的溶液中，超聲分散處理。具體為，取直徑為50-100納米的硅粉，放入干燥箱，60°C真空干燥5小時(shí)。分別稱量Ig硅粉，IOg蔗糖，8g多孔炭，放入200ml水和40ml酒精的混合溶液，超聲處理20min ； 第三步，將第二步得到的溶液混合物加熱到一定溫度，同時(shí)進(jìn)行攪拌，直至溶液全部蒸干得到固體狀粉體。具體為，將混合液體60°C水浴處理并電磁攪拌，至溶液全部蒸干，得到固體狀粉體；
第四步，將第三步得到的固體狀粉體干燥后，在真空或惰性氣氛條件下熱處理，粉碎、 過(guò)篩得到硅碳復(fù)合負(fù)極材料。具體為，將第三步所得固體狀粉體放入干燥箱，在溫度80°C下進(jìn)一步干燥后置于箱式爐中真空氛圍下1200°C燒結(jié)，溫度速率為10°C /min保溫1小時(shí)，得到以多孔炭為支撐基體的硅碳復(fù)合負(fù)極材料。實(shí)施例2
本實(shí)施例為實(shí)施例1中硅碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法的變化例，區(qū)別之處在于，第一步中將生物質(zhì)材料采用水解方式制備小分子有機(jī)物，然后將其在第二步中與硅復(fù)合。實(shí)施例2提供的硅碳復(fù)合負(fù)極材料是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的
第一步，選擇生物質(zhì)材料，清洗干燥后，保持在一定溫度下水解，得到小分子有機(jī)物，該小分子有機(jī)物為多孔炭支撐基體的前驅(qū)體。具體為，將5g茭白葉洗凈干燥，粉碎成5mm的顆粒，并加入5wt%的稀硝酸溶液中，在攪拌下60°C水浴直至水解完成，蒸干溶液得到小分子有機(jī)物，該小分子有機(jī)物為多孔炭支撐基體的前驅(qū)體；
第二步，將硅粉及第一步得到的小分子有機(jī)物按比例混于非晶碳?xì)で膀?qū)體材料的溶液中，超聲處理。具體為，將所得8g的小分子有機(jī)物與0. 5g直徑為800納米的硅粉放入200ml 水中，超聲處理20min ；
第三步，將第二步得到的溶液混合物加熱到一定溫度，同時(shí)進(jìn)行攪拌，直至溶液全部蒸干得到固體狀粉體。具體為，將混合液體120°C水浴處理并電磁攪拌，至溶液全部蒸干，得到固體狀粉體；
第四步，將第三步得到的固體狀粉體干燥后，在真空或惰性氣氛條件下熱處理，粉碎、 過(guò)篩得到以多孔炭為支撐基體的硅碳復(fù)合負(fù)極材料。具體為，將所得固體狀粉體放入干燥箱，在溫度80°C下進(jìn)一步干燥后置于箱式爐中真空氛圍下600°C燒結(jié)，保溫1小時(shí)，得到硅碳復(fù)合負(fù)極材料。實(shí)施例3
本實(shí)施例為實(shí)施例1中硅碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法的變化例，其區(qū)別之處在于，選擇木粉作為生物質(zhì)材料。實(shí)施例3提供的硅碳復(fù)合負(fù)極材料是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的
第一步，選擇生物質(zhì)材料，清洗干燥后，在真空或惰性氣氛條件下熱處理，采用化學(xué)活化的方式對(duì)該生物質(zhì)材料進(jìn)行擴(kuò)孔，制備多孔炭。具體為，將木粉洗凈干燥，將木粉洗凈干燥并在N2下650°(熱處理后，按照Κ0Η:熱處理后的木粉=1:5的重量比配置水溶液并浸漬 5小時(shí)，過(guò)濾后干燥，在300°C下以熱處理的方式活化12小時(shí)，用9%的稀鹽酸去除多余的活性劑，水洗后得到多孔炭；
第二步，將硅粉及第一步得到的多孔炭按比例混于非晶碳?xì)で膀?qū)體材料的溶液中，超聲處理。具體為，取直徑為2-10納米的硅粉，分別稱量0.5g硅粉，2 g葡萄糖，5g多孔炭， 放入200ml水和40ml酒精的混合溶液，超聲處理20min ；
第三步，將第二步得到的溶液混合物加熱到一定溫度，同時(shí)進(jìn)行攪拌，直至溶液全部蒸干得到固體狀粉體。具體為，將混合液體80°C水浴處理并電磁攪拌，至溶液全部蒸干，得到固體狀粉體；
第四步，將第三步得到的固體狀粉體干燥后，在真空或惰性氣氛條件下熱處理，粉碎、 過(guò)篩得到硅碳復(fù)合負(fù)極材料。具體為，將所得固體狀粉體放入干燥箱，在溫度80°C下進(jìn)一步干燥后置于箱式爐中氮?dú)夥諊?00°C燒結(jié)，溫度速率為10°C /min保溫1小時(shí)，得到硅碳復(fù)合負(fù)極材料。實(shí)施例4
本實(shí)施例為實(shí)施例1中硅碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法的變化例，其區(qū)別之處在于，選擇椰殼作為生物質(zhì)材料，并且選擇物理活化方式對(duì)生物材料進(jìn)行擴(kuò)孔。實(shí)施例4提供的硅碳復(fù)合負(fù)極材料是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的
第一步，選擇生物質(zhì)材料，清洗干燥后，在真空或惰性氣氛條件下熱處理，采用物理活化的方式對(duì)該生物質(zhì)材料進(jìn)行擴(kuò)孔，制備多孔炭。具體為，將椰殼粉洗凈干燥，在750°C下碳化1小時(shí)，利用空氣活化得到多孔炭；
第二步，將硅粉及第一步得到的多孔炭按比例混于非晶碳?xì)で膀?qū)體材料的溶液中，超聲處理。具體為，取直徑為50-100納米的硅粉，分別稱量0. 5g硅粉，0. 2g淀粉，IOg多孔炭， 放入200ml丙酮的混合溶液，超聲處理20min ；
第三步，將第二步得到的溶液混合物加熱到一定溫度，同時(shí)進(jìn)行攪拌，直至溶液全部蒸干得到固體狀粉體。具體為，將混合液體100°C水浴處理并電磁攪拌，至溶液全部蒸干，得到固體狀粉體；
第四步，將第三步得到的固體狀粉體干燥后，在真空或惰性氣氛條件下熱處理，粉碎、 過(guò)篩得到硅碳復(fù)合負(fù)極材料。具體為，將所得固體狀粉體放入干燥箱，在溫度80°C下進(jìn)一步干燥后置于箱式爐中氮?dú)夥諊?50°C燒結(jié)，溫度速率為10°C /min保溫1小時(shí)，得到硅碳復(fù)合負(fù)極材料。實(shí)施例5
本實(shí)施例為實(shí)施例1中硅碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法的變化例，其區(qū)別之處在于，選擇秸稈作為生物質(zhì)材料，并且采用水解方式制備多孔炭。實(shí)施例5提供的硅碳復(fù)合負(fù)極材料是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的
第一步，選擇生物質(zhì)材料，清洗干燥后，保持在一定溫度下水解，得到小分子有機(jī)物，該小分子有機(jī)物為多孔炭支撐基體的前驅(qū)體。具體為，將5g秸稈洗凈干燥，粉碎成5mm的顆粒，并加入5wt%的氫氧化鈉溶液中，在攪拌下120°C水浴直至水解完成，蒸干溶液得到小分子有機(jī)物，該小分子有機(jī)物為多孔炭支撐基體的前驅(qū)體；
第二步，將硅粉及第一步得到的小分子有機(jī)物按比例混于非晶碳?xì)で膀?qū)體材料的溶液中，超聲處理。具體為，將所得3g小分子有機(jī)物與0. 3g直徑為200納米的硅粉放入200ml 水中，超聲處理20min ；
第三步，將第二步得到的溶液混合物加熱到一定溫度，同時(shí)進(jìn)行攪拌，直至溶液全部蒸干得到固體狀粉體。具體為，將混合液體80°C水浴處理并電磁攪拌，至溶液全部蒸干，得到固體狀粉體；
第四步，將第三步得到的固體狀粉體干燥后，在真空或惰性氣氛條件下熱處理，粉碎、 過(guò)篩得到以多孔炭為支撐基體的硅碳復(fù)合負(fù)極材料。具體為，將所得固體狀粉體放入干燥箱，在溫度80°C下進(jìn)一步干燥后置于箱式爐中真空氛圍下900°C燒結(jié)，保溫1小時(shí)，得到硅碳復(fù)合負(fù)極材料。實(shí)施例6
本實(shí)施例為實(shí)施例1中硅碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法的變化例，其區(qū)別之處在于，選擇玉米葉作為生物質(zhì)材料，并且采用水解方式制備多孔炭。實(shí)施例6提供的硅碳復(fù)合負(fù)極材料是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的
第一步，選擇生物質(zhì)材料，清洗干燥后，保持在一定溫度下水解，得到小分子有機(jī)物，該小分子有機(jī)物為多孔炭支撐基體的前驅(qū)體。具體為，將5g玉米葉洗凈干燥，粉碎成5mm的顆粒，并加入5wt%的纖柔酶溶液中，在攪拌下80°C水浴直至水解完成，蒸干溶液得到小分子有機(jī)物，該小分子有機(jī)物為多孔炭支撐基體的前驅(qū)體；
第二步，將硅粉及第一步得到的小分子有機(jī)物按比例混于非晶碳?xì)で膀?qū)體材料的溶液中，超聲處理。具體為，將所得5g小分子有機(jī)物與Ig直徑為30納米的硅粉放入200ml丙酮中，超聲處理20min ；
第三步，將第二步得到的溶液混合物加熱到一定溫度，同時(shí)進(jìn)行攪拌，直至溶液全部蒸干得到固體狀粉體。具體為，將混合液體80°C水浴處理并電磁攪拌，至溶液全部蒸干，得到固體狀粉體；
第四步，將第三步得到的固體狀粉體干燥后，在真空或惰性氣氛條件下熱處理，粉碎、 過(guò)篩得到以多孔炭為支撐基體的硅碳復(fù)合負(fù)極材料。具體為，將所得固體粉放入干燥箱，在溫度80°C下進(jìn)一步干燥后置于箱式爐中真空氛圍下900°C燒結(jié)，保溫1小時(shí)，得到硅碳復(fù)合負(fù)極材料。 本發(fā)明提供了一種硅碳復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法，采用具有分級(jí)孔結(jié)構(gòu)的生物質(zhì)材料制備作為支撐基體的多孔炭的前驅(qū)體，其反應(yīng)生成的多孔炭能為硅活性材料提供體積變化的空間，防止負(fù)極材料塌陷。而熱解碳包裹了納米硅顆粒，減小固體電解質(zhì)相界面膜的生成，提高循環(huán)性能。
權(quán)利要求
1.一種硅碳復(fù)合負(fù)極材料，其特征在于，包括核殼結(jié)構(gòu)和支撐基體，其中核殼結(jié)構(gòu)分散在支撐基體上，所述支撐基體為由生物質(zhì)材料分解得到的多孔炭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅碳復(fù)合負(fù)極材料，其特征在于，所述核殼結(jié)構(gòu)為碳硅核殼顆粒，包括納米硅顆粒和非晶碳，其中，納米硅顆粒為核，非晶碳為殼，非晶碳包裹在納米硅顆粒外部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅碳復(fù)合負(fù)極材料，其特征在于，所述生物質(zhì)材料包括農(nóng)作物廢棄物和植物材料，其中農(nóng)作物廢棄物指秸稈、稻殼、果殼、棉纖維、果核、麥稈、玉米棒、 木屑、竹子及茭白葉中的一種或幾種；植物材料包括木材或樹(shù)葉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的硅碳復(fù)合負(fù)極材料，其特征在于，其粒徑為 1-200 μ Hio
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的硅碳復(fù)合負(fù)極材料，其特征在于，所述納米硅顆粒的粒徑為2-800 nm。
6.一種制備如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的硅碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟第一步可以為兩種方式，任選其一進(jìn)行方式一，選擇生物質(zhì)材料，清洗干燥后，在真空或惰性氣氛條件下熱處理，并采用物理活化或者化學(xué)活化的方式對(duì)熱處理后的生物質(zhì)材料進(jìn)行擴(kuò)孔，制備多孔炭；方式二，選擇生物質(zhì)材料，清洗干燥后，保持在一定溫度下水解，得到小分子有機(jī)物，該小分子有機(jī)物為多孔炭支撐基體的前驅(qū)體；第二步，配置一定比例的非晶碳?xì)で败|體溶液，并將硅粉及第一步得到的多孔炭或者小分子有機(jī)物按比例混于該溶液中，超聲、攪拌分散處理；第三步，將第二步得到的溶液混合物加熱到一定溫度，同時(shí)進(jìn)行攪拌，直至溶液全部蒸干得到固體狀粉體；第四步，將第三步得到的固體狀粉體干燥后，在真空或惰性氣氛條件下熱處理，粉碎、 過(guò)篩得到以多孔炭為支撐基體的硅碳復(fù)合負(fù)極材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的硅碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述物理活化過(guò)程包括在CO2、水蒸氣或者空氣氣氛中熱處理；所述化學(xué)活化過(guò)程包括采用活化劑 NaOH, KOH、K2C03、ZnCl2或!^e (NO3) 2中的一種與清洗干燥后的生物質(zhì)材料混合后，在真空或惰性氣氛中熱處理，熱處理后酸洗、水洗除去殘留的雜質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的硅碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述所屬水解是在稀酸、稀堿或酶的溶液中進(jìn)行的，所述小分子有機(jī)物為由生物質(zhì)材料中的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素水解分解而成的糖類小分子。
全文摘要
本發(fā)明提供一種硅碳復(fù)合負(fù)極材料，硅碳復(fù)合負(fù)極材料粒徑為1-200μm，包括核殼結(jié)構(gòu)和支撐基體，作為支撐基體的多孔炭由生物質(zhì)材料分解得到；還提供了一種硅碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，步驟如下一、采用物理活化或者化學(xué)活化的方式對(duì)生物質(zhì)材料進(jìn)行擴(kuò)孔制備多孔炭，或者采用水解方式制備小分子有機(jī)物作為多孔炭的前軀體；二、將硅顆粒與得到的多孔炭或多孔炭前軀體在溶液中混合并超聲處理；三、將溶液混合物蒸干得到固體狀粉體；四、將固體狀粉體干燥后，進(jìn)行熱處理，粉碎、過(guò)篩得到硅碳復(fù)合負(fù)極材料。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、流程短、操作容易、成本低，利用本發(fā)明提供的硅碳復(fù)合負(fù)極材料所制得的鋰離子電池適用于各種移動(dòng)電子設(shè)備或移動(dòng)能源驅(qū)動(dòng)的設(shè)備。
文檔編號(hào)H01M4/133GK102509781SQ20111033166
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者劉慶雷, 張荻 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)