[发明专利]一种二氧化硅/生物炭复合材料的制备方法及其用途

说明书

本发明提供了一种二氧化硅/生物炭复合材料的制备方法及其用途，制备步骤如下：将生鸡蛋黄与水/乙醇混合液混合，搅拌均匀，形成蛋黄溶液，将氨水逐滴滴加到所述蛋黄溶液中，充分搅拌，再逐滴滴加原硅酸四乙酯，滴加完成后，室温下搅拌反应，得到二氧化硅/鸡蛋黄混合液；将二氧化硅/鸡蛋黄混合液冷冻干燥，得到二氧化硅/生物炭复合材料前驱体粉末；将二氧化硅/生物炭复合材料前驱体粉末置于管式炉中，在保护气氛下程序升温至煅烧温度后，煅烧，煅烧完成后自然冷却至室温；将煅烧后的材料分别使用NaOH溶液、KOH溶液对材料进行浸泡，离心、洗涤、干燥后得到二氧化硅/生物炭负极材料。本发明制备工艺简单易操作，有利于大规模制备。

技术领域

本发明属于电化学和新能源材料领域，公开了一种二氧化硅/生物炭复合材料的制备方法和用途。

背景技术

随着化石能源是日益殆尽，环境污染越来越严重，电化学储能得到了越来越多的关注。油电混合动力汽车、纯电动汽车、插电式混合动力汽车等得到了大力发展与应用。锂离子电池拥有较高的输出电压，容量高，质量轻，无记忆效应以及其它多种优点在动力电池上得到了广泛应用。但是目前所使用的插层型石墨负极材料(理论容量372mAh g^-1)已不能满足电动汽车高续航里程的要求。因此开发高能量密度的锂离子电池负极材料迫在眉睫。在所有的负极材料中硅负极拥有最高的理论比容量(4200mAh g^-1)，但同时硅负极在充放电过程中遭受着巨大的体积膨胀，导致电池的容量急剧下降。尽管有很多研究来解决硅的膨胀问题，比如硅纳米颗粒，硅纳米线，硅碳复合材料等，但将其应用到商业化锂离子电池还有很多问题等待解决。二氧化硅作为一种便宜、易获取的氧化物拥有1965mAh g^-1的理论容量，被认为是一种拥有商业化前景的锂离子电池负极材料以取代现在的石墨负极材料。二氧化硅用于锂离子电池负极材料发展得比较晚，最早是在纳米化的二氧化硅中发现其拥有储锂性能，随后的研究又相继发现其作用机理为转换型，即在首次循环时二氧化硅与锂发生转换反应生成硅以发生可逆循环反应。但目前的关键问题在于如何提高转换反应的效率以及转换反应发生后如何解决体积膨胀问题。

发明内容

本发明主要解决的问题在于传统石墨负极材料比容量已接近物理极限，难以有更大的突破，为满足新能源汽车高续航里程的需求，必须寻找新的动力电池电极材来满足这一需求。通过本发明的制备方法所制备的二氧化硅/生物炭复合负极材料呈现出均匀分布的三维类石榴结构，通过选择性刻蚀后其孔径分布集中在介孔区域。因此该材料有利于形成稳定的SEI膜，导电性及离子传输效率高，比容量高，循环性能好。

为解决二氧化硅发生转换反应以后的体积膨胀问题，本发明采用了一种原位复合的方法，以鸡蛋溶液作为生物质炭源，以原硅酸四乙酯(TEOS)作为二氧化硅的来源，直接在鸡蛋溶液中水解形成均匀分布的二氧化硅。该方法合成步骤简单，容易操作，产于较高，有利于大规模制备。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种二氧化硅/生物炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将生鸡蛋黄与水/乙醇混合液混合，搅拌均匀，形成蛋黄溶液，将氨水逐滴滴加到所述蛋黄溶液中，充分搅拌，再逐滴滴加原硅酸四乙酯，滴加完成后，室温下搅拌反应，得到二氧化硅/鸡蛋黄混合液；

步骤2、将步骤1得到的二氧化硅/鸡蛋黄混合液冷冻干燥，得到二氧化硅/生物炭复合材料前驱体粉末；

步骤3、将步骤2得到的二氧化硅/生物炭复合材料前驱体粉末置于管式炉中，在保护气氛下程序升温至煅烧温度后，煅烧，煅烧完成后自然冷却至室温；

步骤4、将步骤3煅烧后的材料分别使用NaOH溶液、KOH溶液对材料进行浸泡，离心、洗涤、干燥后得到二氧化硅/生物炭负极材料。