以太阳能切割硅废料为原料制备的碳包覆多孔硅及其应用

本发明属于锂离子电池，具体涉及一种以太阳能切割硅废料为原料制备的碳包覆多孔硅及其应用。

背景技术：

1、锂离子电池是21世纪以来发展最快、应用最广泛的新能源储存设备。然而，随着能源设备行驶里程需求的快速增长，提高锂离子电池的能量密度势在必行。阳极材料是影响锂离子电池能量密度的决定性因素之一。然而，传统石墨负极的理论比容量较低（372 ma hg-1），这极大地阻碍了锂电池的大规模应用。因此，寻找理论容量更高的负极材料迫在眉睫。

2、近年来，由于具有理论容量高（4200 ma h g-1，li22si5）、平均电压低（～0.4v，li/li+）以及天然丰度高等优势，硅被认为是最有前途的阳极材料之一。遗憾的是，硅负极材料在充放电循环过程中会发生剧烈的体积变化（300%-400%），从而引发硅材料灾难性的断裂和粉碎、不稳定的固体电解质界面（seis）层以及电极活性材料与集流器之间失去电接触等问题，最终导致库仑效率低、容量保持率差和循环寿命短。另外，较低的电导率抑制了硅的倍率性能。目前还未有以调控太阳能切割硅废料粒径为策略制备球形碳包覆多孔硅，并将其用做锂离子电池负极材料的相关报道。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种以太阳能切割硅废料为原料制备的碳包覆多孔硅及其应用。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种以太阳能切割硅废料为原料制备的碳包覆多孔硅，其特征在于：其制备包括以下步骤：

4、（1）以无水乙醇为分散剂，将太阳能切割硅废料进行球磨，得到粒径范围为0.05-3μm的硅粉（bmwsi）；

5、（2）将步骤（1）所得bmwsi和镁粉混合研磨后，经退火得到mg2si；

6、（3）将步骤（2）所得mg2si在co2气氛下进行退火，得到p-si@c/mgo混合物；

7、（4）将步骤（3）所得p-si@c/mgo混合物于hcl溶液中进行浸泡后，用去离子水洗涤离心三次，再进行干燥，得到球形碳包覆多孔硅（p-si@c）。

8、进一步地，步骤（1）所述球磨过程中，所用太阳能切割硅废料与球磨钢珠的质量比为1:20。

9、进一步地，步骤（1）所述球磨的时间为12小时，转速为480转/分钟。

10、进一步地，步骤（2）中所用硅粉和镁粉的质量比为14:25。

11、进一步地，步骤（2）所述退火是于550℃、10% h2/ar气氛下处理4小时。

12、进一步地，步骤（3）所述退火的温度为750℃，时间为6小时。

13、进一步地，步骤（4）所用hcl溶液的浓度为1mol/l。

14、进一步地，步骤（4）所述浸泡的时间为4小时。

15、上述所得碳包覆多孔硅可用做锂离子电池负极材料。

16、本发明的显著优势在于：

17、（1）本发明通过调控球磨时间来调节硅粉粒径，从而成功地利用太阳能切割硅废料为原料制备出一种球形形貌的碳包覆多孔硅。球形形貌的各向同性有利于锂离子的嵌入和脱出，同时其多孔的特殊结构有利于缓解硅材料在循环过程中产生的体积膨胀，因而将所得球形碳包覆多孔硅用作锂离子电池负极时，可表现出优异的循环稳定性和倍率性能，在2 a g-1的电流密度下循环500圈容量稳定在714 ma h g-1。

18、（2）本发明提供了一种以太阳能多孔硅为原料制备碳包覆多孔硅的方法，该方法工艺简单，成本廉价，重现性好，所得材料性能优异。

技术特征：

1.一种以太阳能切割硅废料为原料制备的碳包覆多孔硅，其特征在于：其制备包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的以太阳能切割硅废料为原料制备的碳包覆多孔硅，其特征在于：步骤（1）所述球磨过程中，所用太阳能切割硅废料与球磨钢珠的质量比为1:20。

3.根据权利要求1所述的以太阳能切割硅废料为原料制备的碳包覆多孔硅，其特征在于：步骤（1）所述球磨的时间为12小时，转速为480转/分钟。

4.根据权利要求1所述的以太阳能切割硅废料为原料制备的碳包覆多孔硅，其特征在于：步骤（2）中所用硅粉和镁粉的质量比为14:25。

5. 根据权利要求1所述的以太阳能切割硅废料为原料制备的碳包覆多孔硅，其特征在于：步骤（2）所述退火是于550℃、10% h2/ar气氛下处理4小时。

6.根据权利要求1所述的以太阳能切割硅废料为原料制备的碳包覆多孔硅，其特征在于：步骤（3）所述退火的温度为750℃，时间为6小时。

7.根据权利要求1所述的以太阳能切割硅废料为原料制备的碳包覆多孔硅，其特征在于：步骤（4）所用hcl溶液的浓度为1mol/l。

8.根据权利要求1所述的以太阳能切割硅废料为原料制备的碳包覆多孔硅，其特征在于：步骤（4）所述浸泡的时间为4小时。

9.一种如权利要求1所述碳包覆多孔硅在用做锂离子电池负极材料中的应用。

技术总结本发明公开了一种以太阳能切割硅废料为原料制备的碳包覆多孔硅，其是以无水乙醇为分散剂，将太阳能切割硅废料进行球磨，然后将所得一定粒径的硅粉与镁粉混合研磨并进行退火，从而得到Mg<subgt;2</subgt;Si，再将所得Mg<subgt;2</subgt;Si在CO<subgt;2</subgt;气氛下进行退火后，于HCl溶液中浸泡，去离子水洗涤离心，干燥，得到球形碳包覆多孔硅。本发明以太阳能切割硅废料为原料，通过调控球磨时间来调节硅粉粒径，从而制备出一种球形形貌的碳包覆多孔硅（p‑Si@C），该方法工艺简单，成本廉价，重现性好。球形形貌的各向同性有利于锂离子的嵌入和脱出，因而将所得p‑Si@C用作锂离子电池负极时可表现出优异的循环稳定性和倍率性能。技术研发人员：李亚峰,魏明灯,周文博,王锴泓受保护的技术使用者：福州大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2