[发明专利]一种锂离子电池用富碳多孔SiOC负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锂离子电池用富碳多孔SiOC负极材料制备方法，包括如下步骤：将生物质废物经过粉碎、筛分后球磨，然后取出烘干；将有机硅树脂和生物质废物粉末混合，并加入有机溶液作为溶剂，采用加热磁力搅拌使生物质废物粉末充分浸渍有机硅树脂，然后烘干得到有机硅树脂与生物质废物粉末的混合物；将混合物置于管式炉内，在惰性气体保护下高温烧结，烧结温度为800～1100℃，再保温后随炉冷却；采用强碱溶液对得到的SiOC陶瓷粉体进行刻蚀后干燥；将陶瓷粉体置于管式炉内，在惰性气体保护下进行活化热处理，然后取出在去离子水中煮沸、水洗至中性后再干燥。本发明可以解决用锂离子电池用SiOC负极材料的首次不可逆容量高、循环稳定性差等问题。

技术领域

本发明涉及功能陶瓷制备技术领域和锂电池领域，特别涉及一种用于组装锂离子电池用富碳多孔SiOC负极材料及其制备方法。

背景技术

随着电子技术、国防科技的迅速发展以及大量新型便携式电子产品和电动工具的研制，人们对化学电源特别是高性能二次电池提出了越来越高的要求。锂离子二次电池由于能量密度高、循环性能好、原料无毒无污染等特点而受到研究者的广泛关注。目前商品化的锂离子电池主要采用石墨类碳材料作为负极材料，但是随着锂离子电池作为动力电池在混合电动车和便携式电子设备的快速发展和应用，石墨类负极材料理论比容量(372mAh/g)较低的缺点越发地凸出，因此开发一种高比容量、长循环寿命和高性价比的新型锂离子电池负极材料具有重要的实际意义。

自J.R.Dahn等人通过热解聚硅烷、聚硅氧烷和硅烷-沥青混合物制备出SiOC陶瓷粉末，并发现SiOC陶瓷具有良好的电化学性能后，该材料成为锂离子电池用负极材料领域竞相研究的热点。虽然SiOC负极材料的可逆比容量是商业化石墨类碳材料的近3倍，但该材料的首次不可逆容量较高且存在电压滞后的缺点，是由于Li+在嵌入过程中会形成不可逆的Li2O和Li4SiO4，造成该材料的首次不可逆容量较高；在随后的循环中，该材料表现出电压滞后，即脱锂比嵌锂需要更高的电压，主要诱因一部分来源于电流引起的极化等动力学因素，一部分来自于锂离子向SiOC活性物质扩散受到阻碍等热力学因素，最终影响了SiOC负极材料的循环稳定性。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种用于组装锂离子电池用富碳多孔SiOC负极材料及其制备方法，解决锂离子电池用SiOC负极材料的首次不可逆容量高、循环稳定性差等问题，而提供一种锂离子电池用富碳多孔SiOC负极材料的制备方法，且原料来源范围广泛，工艺简单，成本较低。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种锂离子电池用富碳多孔SiOC负极材料制备方法，包括如下步骤：

S01：将生物质废物经过粉碎、筛分后球磨，然后取出烘干；将处理后的生物质废物经筛分后取粒径小于64μm的生物质废物粉末；

S02：将有机硅树脂和生物质废物粉末混合，并加入有机溶液作为溶剂，其中有机溶液用于溶解有机硅树脂；搅拌使生物质废物粉末充分浸渍有机硅树脂，然后烘干得到有机硅树脂与生物质废物粉末的混合物；

S03：将S02中得到的有机硅树脂与生物质废物粉末的混合物置于管式炉内，在惰性气体保护下高温烧结，再保温后随炉冷却，即得SiOC陶瓷粉体；

S04：采用强碱溶液对得到的SiOC陶瓷粉体进行刻蚀后干燥；

S05：将S04步得到的干燥的SiOC陶瓷粉体置于管式炉内，在惰性气体保护下进行活化热处理，然后取出在去离子水中处理至中性后再干燥，即得富碳多孔SiOC负极材料。

进一步，所述S01步骤中生物质废物优选甘蔗渣；所述S01步骤中球磨时间为24h，球磨机转速250r/min。

进一步，所述S02步骤中有机硅树脂、生物质废物粉末和有机溶剂的质量比为(1～4):(1～3):15。