[发明专利]一种造孔剂优化SiOx@C性能的制备方法

说明书

本发明提供一种造孔剂优化SiOx@C性能的制备方法，该方法通过氯盐特殊的材料造孔技术，对生物质制成的SiOx@C进行造孔，增加材料的比表面积和孔隙率，进而提高锂离子的输送速率，增强其电池性能。本发明在原生物质制SiOx@C的传统方法上进行改进实验，通过造孔剂作用扩大锂离子传输孔隙率，增强其电化学性能，有益于工业生产。

技术领域

本发明属于新能源材料制备技术领域，特别涉及一种造孔剂优化SiOx@C性能的制备方法。

背景技术

工信部提出的行业技术发展目标，到2020年，动力电池能量密度要达到300Wh/kg。业内普遍认为，采用石墨负极材料已难以达到这一目标，而目前已成功达到这一能量密度的三家电池企业--国轩高科、宁德时代、力神电池均采用的是硅碳负极方案。其中，国轩高科制备的高镍NCM811三元软包样品，已于近期通过科技部的中期检查，在能量密度达到302Wh/kg的基础上，循环寿命也实现了1500周的突破。

研究表明，负极材料的比容量每增加500 mA·h/g，锂离子电池的比能量可提高15%。硅基负极材料的理论比容量最高可达4200 mA·h/g，是传统石墨负极容量的10倍，而且具有储量丰富、成本低廉、环境友好等优势，是高比能量锂离子电池负极材料的首选。可用作负极的硅基材料包括：硅单质(Si)、氧化亚硅(SiOx）、二氧化硅(SiO2)、碳化硅(SiC)等，其中氧的引入可显著提高硅基材料在锂离子脱嵌过程中的稳定性。

常规的SiOx@C材料一般都是先将单质硅与二氧化硅混合在1300℃以上的高温，真空条件下发生中和反应，速冷结晶得到SiOx，后将SiOx进行碳包覆。如专利CN201810059105.2所述，该方法合成条件苛刻，对设备要求过高，难以大规模工业化生产。此外，金属还原生物质二氧化硅的工艺得到原位还原的SiOx@C也有应用，但是由于原料混合的不均匀，该法得到的SiOx@C还原程度不均，性能在一定意义上打了折扣。本发明在金属还原二氧化硅基础上，在混合原料中加入造孔剂，造孔剂可以在烧结过程中形成多孔隙结构，又有熔融盐的协同作用，帮助金属还原二氧化硅反应更快更均匀。

发明内容

本发明目的是提供一种造孔剂优化SiOx@C性能的制备方法，提高SiOx@C材料的倍率性能、循环稳定性能。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

1）将生物质硅源混合，酸洗干燥，置于炉中，通入保护气，在一定温度下反应一定时间，得到产物A；

2）将产物A与金属粉按一定比例混合，加入一定量熔融盐和造孔剂，球磨均匀，置于炉中，通入保护气，在一定温度下反应一定时间，酸洗干燥，得到产物B，产物B为SiOx@C材料。

所述生物质硅源为椰子壳，稻壳，竹叶，秸秆中的一种或两种以上。

所述酸洗使用的酸为氢氟酸，盐酸，磷酸，硫酸中的一种或两种以上，浓度为0.1-10 mol/L。

所述步骤1）烧结过程中，烧结温度在400-700℃，烧结时间在2-12小时。

所述金属粉为铝粉，铜粉，镁粉，铁粉中的一种或两种以上。

所述生物质硅源中硅与金属粉摩尔比例为0.5-1。

所述熔融盐为卤盐包括氯化钠，氯化钾，氯化钙，溴化钠中的一种或两种以上，熔融盐与生物质硅源质量比为0.5-5。

所述造孔剂为氯化锌，氯化镁中的一种或两种以上，造孔剂与生物质硅源质量比为0.1-1。

所述烧结过程中，采用惰性气体为氮气，氩气，氢氩混合气的一种或两种以上。

所述步骤2）烧结过程中，烧结温度在600-1000℃，烧结时间在2-12小时。