CN110112376B - 一种多孔氧化亚硅/碳复合负极材料的制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多孔氧化亚硅/碳复合负极材料，该材料由富含硅元素的生物质材料作为硅碳源，经清洗、粉碎后，将粉碎后粉末置于空气气氛中煅烧，然后加入氯化铜溶液作为活化剂进行活化处理得到活性前驱体粉末SiO2/C，再加入金属粉末作为还原剂混合后进行高温反应得到；本发明所用硅碳源均来自于生物质材料本身，无需添加其他修饰物质，来源广泛，成本低廉；所述制备多孔氧化亚硅/碳复合负极材料的方法操作简单，能够很好地利用生物质天然的分级多孔结构缓解硅基负极材料的体积变化问题；将通过本发明所述方法得到的多孔氧化亚硅/碳复合负极材料应用于锂离子电池负极极片时，电池比容量大，循环性能和倍率性能好。

Description

一种多孔氧化亚硅/碳复合负极材料的制备方法和应用
技术领域
本发明属于电化学及新能源材料技术领域。具体地，涉及一种多孔氧化亚硅/碳复合负极材料的制备方法和应用。
背景技术
作为上世纪成功开发的锂离子电池由于其容量密度大、工作电压高、无记忆效应、循环寿命长和无污染等优点，逐步取代传统的二次电池，广泛的应用于军事和民用小型电器(如移动电话、便携式计算机、摄影机等)各个领域中。随着快充手机以及新能源汽车等新一代电子产品的开发普及，人们对这些产品的电源锂离子电池提出了更高的要求：高功率输出、长使用寿命以及高安全稳定性。然而，目前商业化石墨负极材料，由于比容量小、比能量低，已不能满足电子产品行业日益增长的需求。
硅基材料由于其较高的理论容量以及储量丰富、环境友好等优点，一直是国内外研究用于替代传统石墨材料的的热点。然而硅基材料虽然理论容量较高，但是在充放电后硅负极本身的晶格体积膨胀率高达300％(同比石墨材料仅10％)，导致颗粒粉化、材料脱离导电剂及粘连剂以及SEI膜的重复再生，进而循环性能极速衰减最终失活。而特殊形貌或者改性的硅基材料可以改善这个问题，尤其是生物质源硅碳复合材料，来源广泛、低廉环保，经过一系列处理用于锂电池材料等领域的报告已屡见不鲜。
CN1242502C公开了锂离子电池负极用硅铝合金/碳复合材料及其制备方法，首先采用二步烧结法，先制备铝、硅合金，然后再将有机聚合物裂解，石墨粉加入其中后再加入反应的铝、硅合金，形成浆料，最后在密封体系中升温反应即得。利用该方法制备得到的硅铝合金/碳负极复合材料明显增强了材料的机械稳定性，提高了材料的循环稳定性，改善了硅类材料的电子导电性。然而，该方法使用的有机溶剂容易对环境和人体造成危害，并且所用原料较多，操作复杂。
CN103641118B公开了一种复合活化剂生产高比表面活性炭的生产方法，该方法以稻壳为生物质原料，通过氯化锌与氯化铜的复合活化剂制备活性炭。与以往的强碱法制备高比表面积活性炭相比，降低了活化剂应用的成本，降低了制备活性炭的反应温度，同时降低了对设备的腐蚀性，节约了生产能耗和生产成本。然而，该方法仅涉及新型复合活化剂的制备，并未涉及硅/碳复合负极材料的制备。
部分生物质源中本身含有10～20％左右的灰分，其中二氧化硅及硅酸占比较大，如稻谷壳灰分中二氧化硅占比高达98％，生物质如竹叶中二氧化硅与碳相互包围且形成特有的分级介孔以及微孔，未经过活化处理的生物质材料由于二氧化硅被碳包覆而无法被利用，因此，寻找合适方法对生物质材料进行碳活化处理使材料中的二氧化硅裸露出来是更好的利用生物质原料的关键。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷和不足，提供一种多孔氧化亚硅/碳复合负极材料的制备方法，本发明所述方法操作简单，可重复性强，能够简化硅碳复合材料的制备流程、降低材料的制备成本，同时很好地利用生物质天然的分级多孔结构缓解硅基负极材料的体积变化问题；利用本发明所述方法制备得到的多孔氧化亚硅/碳复合负极材料比表面积大，碳层导电性高，且具有生物质特有的分级多孔结构；利用该多孔氧化亚硅/碳复合负极材料制备得到的锂离子电池比容量大，同时具有较好的循环性能和倍率性能。
本发明的第二个目的是提供上述多孔氧化亚硅/碳复合负极材料的应用。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种多孔氧化亚硅/碳复合负极材料的制备方法，所述材料由富含硅元素的生物质材料作为硅碳源，经清洗、粉碎后，将粉碎后粉末置于空气气氛中煅烧，然后加入氯化铜溶液作为活化剂进行活化处理得到活性前驱体粉末，再加入金属粉末作为还原剂混合后进行高温反应得到。
通常情况下，生物质材料中的二氧化硅与碳相互包围且形成特有的分级介孔和微孔结构，未经过活化处理的生物质材料由于二氧化硅被碳包覆导致无法较好地进行还原反应以及直接制备硅碳材料，故本发明采用氯化铜活化生物质碳，通过对生物质材料进行碳活化处理并进行尺寸调节，使材料中的二氧化硅裸露出来，提高碳层活性强度，再利用金属粉末对被碳包覆的二氧化硅进行热还原，进而得到具有生物质特性结构的硅碳复合负极材料。
本发明所述多孔氧化亚硅/碳复合负极材料的制备方法，是在对生物质材料细化活化的基础上，通过煅烧和金属还原法将硅碳材料改性并还原其中的二氧化硅制备得到的一种具有优良电化学性能的复合材料；该方法能够简化硅碳复合材料的制备流程、降低材料的制备成本，同时很好地利用生物质天然的分级多孔结构缓解硅基负极材料的体积变化问题；利用本发明所述方法制备得到的多孔氧化亚硅/碳复合负极材料能有效地维持材料在充放电过程中的稳定性，缓解体积变化问题，将其用于锂离子电池负极极片时，电池比容量大，安全系数高，同时具有较好的循环性能和倍率性能。
优选地，所述生物质材料为竹材、农作物谷壳、甲壳动物外壳和苇絮中的任意一种或多种。
具体地，粉碎后的生物质材料尺寸为70～120目，比表面积为50～150m2/g；活化碳化后的活性前驱体粉末的比表面积为800～2300m2/g。
优选地，所述清洗是指先将生物质材料用去离子水洗涤，再用400～500mL浓度为2mol/L的盐酸溶液于80℃充分搅拌8～10小时，抽滤干燥后即得。
更优选地，所述生物质材料粉末与盐酸溶液的体积比为1:8～10。
优选地，所述粉碎为球磨粉碎。
优选地，所述生物质材料与玛瑙珠的物料比为1:20。
进一步优选地，所述球磨转速为300～700r/min，球磨时间为10～12小时。
更优选地，所述球磨转速为500r/min。
为得到性能良好的硅碳复合负极材料，可以控制生物质材料中硅元素的含量以及硅元素与碳元素的质量比在一定范围内。
优选地，所述生物质材料中硅元素的含量为5～20％。
本发明中，生物质材料煅烧的温度和时间需要在一定的范围内才能调节硅碳比在合适的范围内。
优选地，所述空气煅烧的反应温度为400～500℃。
优选地，所述空气煅烧的升温速率为8～12℃/min。
更优选地，所述空气煅烧的升温速率为10℃/min。
优选地，所述煅烧的时间为20～30min。
优选地，燃烧后的生物质材料中硅元素与碳元素的质量比为1:4～5。
为使二氧化硅尽可能多的裸露出来，对于活化剂氯化铜溶液的摩尔浓度以及生物质材料与氯化铜的配比可以根据实际需要进行选择。
优选地，所述氯化铜溶液的摩尔浓度为0.3～0.8mol/L。
优选地，所述生物质材料与氯化铜的质量比为1:2～8。
进一步优选地，所述生物质材料与氯化铜的质量比为1:2～6。
更优选地，所述生物质材料与氯化铜的质量比为1:5。
对于能够作为还原剂的金属粉末的种类以及二氧化硅与金属粉末的摩尔比可以根据实际需要进行选择，以得到具有生物质特性结构的硅碳复合负极材料。
优选地，所述金属粉末为镁粉和/或铝粉。
具体地，所述金属粉末的粒径为200～400目。
优选地，所述活性前驱体粉末中二氧化硅与金属粉末的摩尔比为1:0.85～1.25。
进一步优选地，所述前驱体粉末与金属粉末研磨混合时间为0.5～1小时。
优选地，所述高温反应需在保护气体下进行。
进一步优选地，所述保护气体为氮气或氩气。
更优选地，所述高温反应的温度为700～900℃。
本发明还请求保护由上述制备方法制备得到的多孔氧化亚硅/碳复合负极材料。
另外，上述多孔氧化亚硅/碳复合负极材料在制备锂离子电池中的应用也在本申请请求保护的范围内。
上述锂离子电池由复合材料、导电碳黑、海藻酸钠按质量比7:2:1混合，加水搅拌均匀后涂布到铝箔上，然后真空干燥后即得硅碳复合材料电极片，以硅碳复合材料为电池负极，金属锂片为正极，电解液为1M LiPF6/(EC+DMC)(体积比为1:1)混合体系，隔膜为微孔聚丙烯膜(Celgard2400)，在充满氩气(Ar)的手套箱内即可组装成2025型扣式电池。
发明人通过创造性地劳动制备得到了一种多孔氧化亚硅/碳复合负极材料比表面积大、具有生物质特有的分级多孔结构、碳层导电性高，将其作为锂离子电池负极极片时，电池比容量大，同时具有优良的循环性能和倍率性能。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明以生物质为原料，所用硅碳源均来自于生物质本身，无需添加其他修饰物质，来源广泛，成本低廉；所述制备多孔氧化亚硅/碳复合负极材料的方法操作简单，可重复性强，能够简化硅碳复合材料的制备流程、降低材料的制备成本，同时很好地利用生物质天然的分级多孔结构缓解硅基负极材料的体积变化问题；将通过本发明所述方法得到的多孔氧化亚硅/碳复合负极材料应用于锂离子电池负极极片时，电池比容量大，循环性能和倍率性能好。
附图说明
图1为实施例1竹笋壳制硅碳复合负极材料的扫描电镜(SEM)图。
图2为实施例2竹叶制硅碳复合负极材料的扫描电镜(SEM)图。
图3为实施例1竹笋壳制硅碳复合负极材料的粉末衍射(XRD)图。
图4为实施例1竹笋壳制硅碳复合负极材料在0.01～3.0V、200mA g-1电流密度下的循环性能曲线图。
图5为实施例2竹叶制硅碳复合负极材料在0.01～3.0V、200mA g-1电流密度下的循环性能曲线图。
图6为实施例3芦苇絮制硅碳复合负极材料在0.01～3.0V、100mA g-1电流密度下的循环性能曲线图。
图7为实施例1竹笋壳制硅碳复合负极材料在0.01～3.0V下的倍率性能曲线图，电流密度分别为100mA g-1、200mA g-1、300mA g-1、500mA g-1、1000mA g-1、2000m A g-1、3000mA g-1。
图8为实施例2竹叶制硅碳复合负极材料在0.01～3.0V下的倍率性能曲线图，电流密度分别为100mA g-1、200mA g-1、300mA g-1、500mA g-1、1000mA g-1、2000mA g-1、3000mA g-1。
图9为实施例1竹笋壳制硅碳复合负极材料在0.01～3.0V、扫速为0.2mV/s下的循环伏安曲线图。
图10为实施例2竹叶制硅碳复合负极材料在0.01～3.0V、扫速为0.2mV/s下的循环伏安曲线图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例中SEM分析所用的仪器为日本电子(JEOL)的JSM-6380LA型扫描电子显微镜(SEM)，用于观察试样表面的微观形貌，其加速电压为15KV，制样采用无水乙醇分散后滴加在导电胶表面，于空气中干燥。
XRD分析所用的仪器为日本理学有限公司Ultima IV型X射线衍射仪(XRD)，用于表征所制备最终产物的晶相结构。测试条件为Cu靶，Kα辐射，40kV，40mA，步宽0.02o，扫描范围5～80o。样品为粉末，检测时样品置于样品台凹槽压平后，直接检测。
充放电测试所用的仪器为深圳市新威尔电子有限公司的BTS51800电池测试***，型号为CT-3008W，在0.01～3.0V电压范围内进行100～3000mA/g电流密度下充放电测试。
实施例1竹笋壳硅碳材料的制备方法
一种竹笋壳硅碳材料的制备方法，包括以下步骤：
取20克干燥竹笋壳在粉碎机粉碎后过筛，其中，干燥竹笋壳中硅元素的含量为15％；称取10克70目竹笋壳粉末分散到去离子水中洗涤、干燥，均匀加入2mol/L盐酸溶液，80℃水浴搅拌9小时，冷却后抽滤洗涤，烘干得清洗后粉末备用；然后称取10克酸洗后的竹笋壳粉末在行星球磨机内以500r/min转速匀速球磨11小时得到小颗粒球磨后竹笋壳粉末；
将上述小颗粒竹笋壳粉末置于空气气氛中，以10℃/min的速率升至450℃煅烧25min后取出，取5g上述小颗粒竹笋壳粉末分散在250毫升0.5mol/L氯化铜溶液，搅拌浸渍24小时，加热至60℃开始浓缩，待浓缩液体积变为20毫升后转移至有氩气气氛下的高温管式炉中，以10℃/min的速率升至500℃并保温1.5小时后，取出样品用4mol/L盐酸洗涤至滤液无色，再用去离子水洗涤至pH为中性，干燥后得到活性前驱体粉末；
取0.5g上述活性前驱体粉末放入研钵中加入0.2g单质铝粉末，研磨混合均匀1小时后放入高温管式炉氩气气氛保护下以10℃/min的速率升至700℃煅烧3h后取出，将粉末分散在去离子水中后加入2mol/L盐酸溶液，抽滤洗涤至pH为中性，烘干得生物质源(竹笋壳)硅碳复合负极材料。
实施例2竹叶硅碳材料的制备方法
一种竹叶硅碳材料的制备方法，包括以下步骤：
取20克干燥黄竹竹叶在粉碎机粉碎后过筛，其中，干燥黄竹竹叶中硅元素的含量为5％；称取10克100目竹叶粉末分散到去离子水中洗涤、干燥，均匀加入2mol/L盐酸溶液，80℃水浴搅拌8小时，冷却后抽滤洗涤，烘干得清洗后粉末备用；称取10克上述酸洗后的竹叶粉末置于行星球磨机内以300r/min转速匀速球磨10小时得到小颗粒球磨后竹叶粉末；
将上述小颗粒竹叶粉末置于空气气氛中，以8℃/min的速率升至400℃煅烧20min后取出，取5g小颗粒竹叶粉末分散250毫升0.3mol/L氯化铜溶液，搅拌浸渍24小时，加热至60℃开始浓缩，待浓缩液体积变为20毫升后转移至有氩气气氛下的高温管式炉中，以10℃/min的速率升至550℃并保温1.5小时后，取出样品用4mol/L盐酸洗涤至滤液无色，再用去离子水洗涤至pH为中性，干燥后得到活性前驱体粉末；
取0.5g活性前驱体粉末放入研钵中加入0.28g单质铝粉末，研磨混合均匀1小时后放入高温管式炉氩气气氛保护下以10℃/min的速率升至700℃煅烧3h后取出，将粉末分散在去离子水中后加入2mol/L盐酸溶液，抽滤洗涤至pH为中性，烘干得生物质源(竹叶)硅碳复合负极材料。
实施例3芦苇絮硅碳材料的制备方法
一种芦苇絮硅碳材料的制备方法，包括以下步骤：
取20克干燥芦苇絮在粉碎机粉碎后过筛，其中，干燥芦苇絮中硅元素的含量为20％；称取10克120目芦苇絮粉末分散到去离子水中洗涤、干燥，均匀加入2mol/L盐酸溶液，80℃水浴搅拌10小时，冷却后抽滤洗涤，烘干得清洗后粉末备用；然后称取10克酸洗后的芦苇絮粉末在行星球磨机内以700r/min转速匀速球磨12小时得到小颗粒球磨后芦苇絮粉末；
将上述小颗粒芦苇絮粉末置于空气气氛中，以12℃/min的速率升至500℃煅烧30min后取出，取5g小颗粒芦苇絮粉末分散250毫升0.8mol/L氯化铜溶液，搅拌浸渍24小时，加热至60℃开始浓缩，待浓缩液体积变为20毫升后转移至有氩气气氛下的高温管式炉中，以10℃/min的速率升至550℃并保温1.5小时后，取出样品用4mol/L盐酸洗涤至滤液无色，再用去离子水洗涤至pH为中性，干燥后得到活性前驱体粉末；
取0.5g活性前驱体粉末放入研钵中加入0.2g单质镁粉末，研磨混合均匀1小时后放入高温管式炉氩气气氛保护下以10℃/min的速率升至700℃煅烧3h后取出，将粉末分散在去离子水中后加入2mol/L盐酸溶液，抽滤洗涤至pH为中性，烘干得生物质源(芦苇絮)硅碳复合负极材料。
对比例1
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于，氯化铜溶液的浓度为1.0mol/L。
对比例2
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于，氯化铜溶液的浓度为0.2mol/L。
对比例3
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于，所述生物质材料不经过在空气中燃烧一段时间的操作。
对比例4
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于，所述活性前驱体粉末中二氧化硅与金属粉末的摩尔比为1:0.5。
对比例5
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于，所述生物质材料的质量与氯化铜溶液的体积比为1:10。
性能测试
一、方法
将实施例1制备的竹笋壳制硅碳复合负极材料与导电碳黑、海藻酸钠按质量比7:2:1混合，再加入适量去离子水搅拌均匀，涂布到铜箔上，在真空烘箱中于90℃下烘干，在冲片机上剪片得竹笋壳制硅碳复合负极材料电极片。将所得电极做负极，金属锂片为正极，电解液为含有1M LiPF6/(EC-DMC)(体积比为1:1)混合体系，隔膜为微孔聚丙烯膜(Celgard2400)，在充满氩气(Ar)的手套箱内组装成2025型扣式电池，用深圳市新威尔电子有限公司BTS51800电池测试***进行充放电性能测试。
将将实施例2制备的竹叶制硅碳复合负极材料与导电碳黑、海藻酸钠按质量比7:2:1混合，再加入适量去离子水搅拌均匀，涂布到铜箔上，在真空烘箱中于90℃下烘干，在冲片机上剪片得竹叶制硅碳复合负极材料电极片。将所得电极做负极，金属锂片为正极，电解液为含有1M LiPF6/(EC-DMC)(体积比为1:1)混合体系，隔膜为微孔聚丙烯膜(Celgard2400)，在充满氩气(Ar)的手套箱内组装成2025型扣式电池，用深圳市新威尔电子有限公司BTS51800电池测试***进行充放电性能测试。
将实施例3制备的芦苇絮制硅碳复合负极材料与导电碳黑、海藻酸钠按质量比7:2:1混合，再加入适量去离子水搅拌均匀，涂布到铜箔上，在真空烘箱中于90℃下烘干，在冲片机上剪片得芦苇絮制硅碳复合负极材料电极片。将所得电极做负极，金属锂片为正极，电解液为含有1M LiPF6/(EC-DMC)(体积比为1:1)混合体系，隔膜为微孔聚丙烯膜(Celgard2400)，在充满氩气(Ar)的手套箱内组装成2025型扣式电池，用深圳市新威尔电子有限公司BTS51800电池测试***进行充放电性能测试。
二、结果
实施例1中的竹笋壳经燃烧后，其硅元素与碳元素的质量比为1:4.5，由实施例1制备得到的竹笋壳硅碳材料如图1所示，该材料的充放电性能测试结果如图3、图4、图7和图9所示，从图3和图4中可以看出该材料在0.01～3.0V，200mA/g电流密度下的首次放电比容量可达3500mAh/g，经过250次循环放电比容量仍保持1300mAh/g，说明该材料具有较好的电化学循环性能；从图7可知，该材料在经过高倍率充放电循环后，回到小电流充放电时容量仍保持稳定，表明该材料具有较好的倍率性能；图9为材料的循环伏安图，可以观察到材料反应的特征峰位和良好的电化学循环性能。
实施例2中的竹叶经燃烧后，其硅元素与碳元素的质量比为1:4，由实施例2制备得到的竹叶硅碳材料如图2所示，该材料的充放电性能测试结果分别为图5、图8和图10，从图2、图5可以看出该材料在0.01～3.0V，200mA/g电流密度下首次放电比容量达到1500mAh/g，经过350次循环放电比容量仍有1100mAh/g，具有较好的电化学循环性能；从图8可知，该材料在经过高倍率充放电循环后，回到小电流充放电时容量仍保持稳定，表明该材料具有较好的倍率性能；图10为材料的循环伏安图，可以观察到材料反应的特征峰位和良好的电化学循环性能。
实施例3中的芦苇絮经燃烧后，其硅元素与碳元素的质量比为1:5，由实施例3制备得到的芦苇絮硅碳材料的充放电性能测试结果如图6所示，从图6中可以看出该材料在0.01～3.0V，100mA/g电流密度下的首次放电比容量达到1100mAh/g，经过90次循环放电比容量仍有600mAh/g，具有较好的电化学循环性能。
由对比例1得到的竹笋壳硅碳材料在0.01～3.0V，200mA/g电流密度下的首次放电比容量达到2200mAh/g，但经过100次循环放电比容量只有500mAh/g，说明该材料电化学稳定性较差；同时，该材料在经过高倍率充放电循环后，回到小电流充放电时容量衰减至400mAh/g，表明该材料也没有良好的倍率性能；产生以上现象的原因主要是由于过量的氯化铜刻蚀导致材料内部碳层结构崩塌，材料本身的生物质硅碳复合结构被破坏，无法有效缓解硅基颗粒体积膨胀的问题。
由对比例2得到的竹笋壳硅碳材料在0.01～3.0V，200mA/g电流密度下的首次放电比容量只有1400mAh/g，经过100次循环放电比容量保留有820mAh/g，说明该材料电化学循环性较好；该材料在经过高倍率充放电循环后，回到小电流充放电时容量保留750mAh/g，表明该材料具有良好的倍率性能。而该材料的XRD特征谱图中硅单质特征峰较弱，产生这种现象的原因可能是由于氯化铜浓度较低导致刻蚀程度较低，在金属还原过程中二氧化硅接触面较少，碳层活化程度低，从而导致制备得到的材料具有较低的放电容量。
对比例3得到的材料在0.01～3.0V，200mA/g电流密度下的首次放电比容量只有1100mAh/g，经过100次循环放电比容量只保留650mAh/g，在经过高倍率充放电循环后，回到小电流充放电时容量保留620mAh/g，表明该材料具有良好的倍率性能。产生这种现象的原因在于：不经过空气煅烧的材料，内部的二氧化硅无法裸露出来有效接触金属粉末，同时碳含量过高也会导致材料本身理论容量过低。
由对比例4得到的材料在0.01～3.0V，200mA/g电流密度下的首次放电比容量只有680mAh/g，且经过100次循环放电比容量只保留520mAh/g，稳定性较好但容量过低，主要的原因是由于金属粉末摩尔量过少，只有少部分的二氧化硅被还原为氧化亚硅，而且二氧化硅本身导电性较低，理论容量较少，最终导致制备得到的材料比容量较低。
对比例5得到的竹笋壳硅碳材料在0.01～3.0V，200mA/g电流密度下的首次放电比容量达到3400mAh/g，但经过100次循环放电比容量只有1100mAh/g且容量持续衰减，经过200次循环放电比容量只保留约600mAh/g；而且该材料在经过高倍率充放电循环后，回到小电流充放电时容量衰减至720mAh/g，表明该材料也没有良好的倍率性能以及电化学循环稳定性，主要原因是由于氯化铜溶液中氯化铜摩尔量较大，在浓缩后溶液浓度急剧上升，氯化铜刻蚀程度过高，材料本身多孔结构及碳层包覆结构均被破坏，材料结构稳定性变差引起的。
通过以上结果可知，利用本发明所述方法制备得到的多孔氧化亚硅/碳复合负极材料能有效地维持材料在充放电过程中的稳定性，缓解体积变化问题，将其用于锂离子电池负极极片时，电池比容量大，安全系数高，同时具有较好的循环性能和倍率性能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多孔氧化亚硅/碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，由富含硅元素的生物质材料作为硅碳源，经清洗、粉碎后，将粉碎后粉末置于空气气氛中煅烧，然后加入氯化铜溶液作为活化剂进行活化处理得到活性前驱体粉末SiO2/C，再加入金属粉末作为还原剂混合后进行高温反应得到；
所述生物质材料为竹材、甲壳动物外壳和苇絮中的任意一种或多种；
所述生物质材料中硅元素的含量为5～20％；
空气煅烧的反应温度为400～500℃；煅烧的时间为20～30min；
所述生物质材料与氯化铜的质量比为1:2～8；所述氯化铜溶液的摩尔浓度为0.3～0.8mol/L；
所述活性前驱体粉末中二氧化硅与金属粉末的摩尔比为1:0.85～1.25。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，燃烧后的生物质材料中硅元素与碳元素的质量比为1:4～5。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述金属粉末为镁粉和/或铝粉。
4.权利要求1～3任一所述制备方法制备得到的多孔氧化亚硅/碳复合负极材料。
5.权利要求4所述多孔氧化亚硅/碳复合负极材料在制备锂离子电池中的应用。
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