一种正极材料及其生物质合成方法和锂离子电池与流程

本发明属于电池材料，具体涉及一种正极材料及其生物质合成方法，更进一步地，还涉及一种锂离子电池。

背景技术：

1、从环境、经济、社会问题等多种角度出发，致力于生物质电极材料的有效利用已经成为当前的研究热点之一。中国是一个水稻生产大国，稻壳作为稻谷加工后的主要副产品，只有一小部分用于种植食用菌或堆肥有机肥料，大多数被作为废弃物分散在农田或露天烧毁，不仅浪费资源，同时更会释放大量有害物质，对环境造成极大的污染，因此，提高稻壳的综合利用是一项刻不容缓的任务。

2、li2msio4/c(m＝fe、co)为锂离子电池中采用的正极材料，目前li2msio4/c(m＝fe、co)的制备方法中，需要额外加入硅源和碳源，原材料种类复杂，并且原料通常需要采用分析纯级别的产品，成本高昂，制得的li2msio4/c(m＝fe、co)通常为微米级，会增大锂离子扩散的距离，并且制得的li2msio4/c(m＝fe、co)为无规则外貌，材料比表面积小且无法有效精准控制，这些均影响了材料容量和循环性能的发挥。因此，需要对li2msio4/c(m＝fe、co)的制备方法进行改进。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种正极材料的生物质合成方法，采用生物质原料为硅源和碳源，制备得到的锂离子电池正极材料li2msio4/c(m＝fe、co)能够实现电池的高容量充放电，并且能够提高电池的循环稳定性。

2、本发明实施例的一种正极材料的生物质合成方法，包括：

3、a、将稻壳粉碎，浸泡在酸溶液中，过滤，洗涤至中性，干燥得到稻壳粉；

4、b、将所述步骤a的稻壳粉浸泡于zncl2溶液中，之后干燥；

5、c、将所述步骤b干燥后的稻壳粉在惰性气氛下进行热处理使稻壳粉碳化；

6、d、将所述步骤c热处理后的稻壳粉浸泡在酸溶液中，洗涤、干燥后研磨，得到碳化后稻壳粉；

7、e、将锂源、金属m源和所述步骤d碳化后稻壳粉混合，在惰性气氛下进行煅烧处理得到li2msio4/c，其中，m选自fe或co中的至少一种。

8、本发明实施例的正极材料的生物质合成方法带来的优点和技术效果，1、本发明实施例中，采用稻壳为原料，作为正极材料制备唯一的硅源和碳源，为稻壳的综合利用提供了一种新途径，同时也为正极材料的制备提供了新的原料来源，并降低了生产成本；2、本发明实施例中，将稻壳采用zncl2进行活化处理，zncl2可以与稻壳中的纤维素发生溶胀水解、氧化降解、催化脱水等反应，从而使碳成为多孔材料；3、本发明实施例中，将zncl2活化后的稻壳进行热处理使稻壳碳化，在水稻的生长过程中，天然存在的纳米颗粒形式的二氧化硅从土壤中以硅酸的形式被吸收，最终作为无定形二氧化硅均匀沉积在细胞壁材料上，该sio2具有比表面积大、密度小和分散性高等特点，在将稻壳碳化后，二氧化硅均匀地分散于无序碳层中，不需要进行任何复杂的碳涂层技术，并且碳层能够阻止sio2在高温下的过度融合，稻壳经过氯化锌活化以及高温碳化后得到多孔sio2/c材料，其为纳米尺寸的碳包覆sio2，能够作为正极材料制备的硅源和碳源；4、本发明实施例中，将碳化后的稻壳粉作为硅源及碳源，通过高温固相法合成得到多孔碳包覆的li2msio4/c(m＝fe、co)正极材料，其具备多孔结构，能够表现出优异的电化学性能，并且这种碳包覆结构能有效的阻止晶体颗粒的团聚，形成纳米粒子，同时有利于提高材料的电子电导率，因而提高了材料的电化学性能；5、本发明实施例制备的锂离子电池正极材料li2msio4/c(m＝fe、co)，能够实现电池的高容量充放电，有效提高了电池的循环稳定性。

9、在一些实施例中，所述步骤a中，所述酸溶液包括硫酸、草酸、柠檬酸、磷酸、硝酸、醋酸中的至少一种，和/或，所述酸溶液的浓度为1-3mol·l-1，所述浸泡时间为5-20h。

10、在一些实施例中，所述步骤b中，所述稻壳粉与zncl2的质量比为1:1-1:3，浸泡时间为8-16h。

11、在一些实施例中，所述步骤c中，所述热处理的温度为400-800℃，所述热处理的时间为1-6h。

12、在一些实施例中，所述步骤d中，所述酸溶液包括硫酸、草酸、柠檬酸、磷酸、硝酸、醋酸中的至少一种，和/或，所述酸溶液的浓度为0.2-0.8mol·l-1，浸泡时间为10-30h。

13、在一些实施例中，所述步骤e中，所述煅烧处理的温度为700-900℃，所述煅烧时间为10-20h。

14、在一些实施例中，所述步骤e中，所述锂源中的li、金属m源中的m和碳化后稻壳粉中si的摩尔比为2.1-2.3:1:1；所述锂源选自一水合氢氧化锂、草酸锂、柠檬酸锂中的至少一种，所述金属m为fe时，铁源选自fec2o2、硫酸亚铁、氯化亚铁中的至少一种；所述金属m为co时，钴源选自草酸钴、硝酸钴、碳酸钴中的至少一种。

15、在一些实施例中，所述步骤d中碳化后稻壳粉中的二氧化硅含量的测试方法为：取所述碳化后稻壳粉置于马弗炉中，煅烧除去碳化后稻壳粉中的碳，根据煅烧后剩余的灰粉和煅烧前碳化后稻壳粉的质量计算获得。

16、本发明实施例还提供了一种正极材料，采用本发明实施例的方法制得。

17、本发明实施例的正极材料具备带来的优点和技术效果，本发明实施例的正极材料，为一种多孔碳包覆的li2msio4/c(m＝fe、co)正极材料，其具备多孔结构，能够表现出优异的电化学性能，并且这种碳包覆结构能有效的阻止晶体颗粒的团聚，形成纳米粒子，同时有利于提高材料的电子电导率，因而提高了材料的电化学性能；本发明实施例的正极材料li2msio4/c(m＝fe、co)，能够实现电池的高容量充放电，有效提高了电池的循环稳定性。

18、本发明实施例还提供了一种锂离子电池，包括本发明实施例的正极材料。本发明实施例的锂离子电池，具备本发明实施例的正极材料能够带来的所有优点，在此不再赘述。

技术特征：

1.一种正极材料的生物质合成方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的正极材料的生物质合成方法，其特征在于，所述步骤a中，所述酸溶液包括硫酸、草酸、柠檬酸、磷酸、硝酸、醋酸中的至少一种，和/或，所述酸溶液的浓度为1-3mol·l-1，所述浸泡时间为5-20h。

3.根据权利要求1所述的正极材料的生物质合成方法，其特征在于，所述步骤b中，所述稻壳粉与zncl2的质量比为1:1-1:3，浸泡时间为8-16h。

4.根据权利要求1所述的正极材料的生物质合成方法，其特征在于，所述步骤c中，所述热处理的温度为400-800℃，所述热处理的时间为1-6h。

5.根据权利要求1所述的正极材料的生物质合成方法，其特征在于，所述步骤d中，所述酸溶液包括硫酸、草酸、柠檬酸、磷酸、硝酸、醋酸中的至少一种，和/或，所述酸溶液的浓度为0.2-0.8mol·l-1，浸泡时间为10-30h。

6.根据权利要求1所述的正极材料的生物质合成方法，其特征在于，所述步骤e中，所述煅烧处理的温度为700-900℃，所述煅烧时间为10-20h。

7.根据权利要求1所述的正极材料的生物质合成方法，其特征在于，所述步骤e中，所述锂源中的li、金属m源中的m和碳化后稻壳粉中si的摩尔比为2.1-2.3:1:1；所述锂源选自一水合氢氧化锂、草酸锂、柠檬酸锂中的至少一种，所述金属m为fe时，铁源选自草酸亚铁fec2o4、硫酸亚铁、氯化亚铁中的至少一种；所述金属m为co时，钴源选自草酸钴、硝酸钴、碳酸钴中的至少一种。

8.根据权利要求1或7所述的正极材料的生物质合成方法，其特征在于，所述步骤d中碳化后稻壳粉中的二氧化硅含量的测试方法为：取所述碳化后稻壳粉置于马弗炉中，煅烧除去碳化后稻壳粉中的碳，根据煅烧后剩余的灰粉和煅烧前碳化后稻壳粉的质量计算获得。

9.一种正极材料，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述的方法制得。

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求9所述的正极材料。

技术总结本发明公开了一种正极材料的生物质合成方法，包括：a、将稻壳粉碎，浸泡在盐酸溶液中，过滤，洗涤至中性，干燥得到稻壳粉；b、将所述步骤a的稻壳粉浸泡于ZnCl<subgt;2</subgt;溶液中，之后干燥；c、将所述步骤b干燥后的稻壳粉在惰性气氛下进行热处理使稻壳粉碳化；d、将所述步骤c碳化后的稻壳粉浸泡在盐酸溶液中，洗涤、干燥后研磨，得到碳化后稻壳粉；e、将锂源、金属M源和所述步骤d碳化后稻壳粉混合，在惰性气氛下进行煅烧处理得到Li<subgt;2</subgt;MSiO<subgt;4</subgt;/C，其中，M选自Fe或Co中的至少一种。本发明的方法，制得的锂离子电池正极材料Li<subgt;2</subgt;MSiO<subgt;4</subgt;/C(M＝Fe、Co)能够实现电池的高容量充放电，并且能够提高电池的循环稳定性。技术研发人员：沈伟受保护的技术使用者：北京车和家汽车科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11