一种硅藻基复合材料及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115911321A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211465594.4(22)申请日2022.11.22(71)申请人中南大学地址410083湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号(72)发明人刘红昌陈宇新聂珍媛夏金兰申泽谢建平(74)专利代理机构长沙市融智专利事务所(普通合伙)43114专利代理师袁靖(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/48(2010.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/052(2010.01)权利要求书1页说明书5页附图4页(54)发明名称一种硅藻基复合材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种硅藻基复合材料及其制备方法和应用，该材料制备过程中采用乙二胺四乙酸(EDTA)螯合金属离子，加入乙醇使螯合物金属‑EDTA沉淀至硅藻表面，通过煅烧，实现了由碳‑金属网络包覆的低阻抗硅藻负极材料的制备。本发明制备工艺简单，安全性高，同时利用了硅藻独特的天然结构，生物相容性良好，不对环境造成污染，增强了硅藻负极的导电性，具有良好的循环性能。CN115911321ACN115911321A权利要求书1/1页1.一种硅藻基复合材料，其特征在于：金属螯合物沉淀在硅藻表面得到的金属螯合物‑硅藻混合物；在惰性气氛下煅烧得到。2.权利要求1所述的硅藻基复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)螯合物水溶液配置：将金属盐溶于EDTA溶液得到金属螯合物水溶液；2)螯合物沉淀：将硅藻粉均匀分散在金属螯合物水溶液中，使金属螯合物沉淀在硅藻表面，获得金属螯合物‑硅藻混合物；3)煅烧：将金属螯合物‑硅藻混合物在惰性气氛下煅烧得到。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，金属盐包括Co2+、Ni2+、Fe2+中至少一种的可溶性金属盐，优选硫酸盐、硝酸盐或者氯盐。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，将螯合物溶液调节pH至6.0～8.0，称取与EDTA相同摩尔量的金属盐溶于螯合物溶液得到金属螯合物水溶液。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，金属螯合物水溶液浓度为5‑20mM。6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)将干燥硅藻粉均匀分散在金属螯合物水溶液中，加入无水乙醇水浴加热使金属螯合物沉淀在硅藻表面，固液分离干燥获得金属螯合物‑硅藻混合物。7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)将干燥硅藻粉分散到金属螯合物水溶液中，固液比范围0.2g:20mL～0.2g:200mL；再按照金属螯合物水溶液：无水乙醇＝1:5～1:10的体积比混合，在80～100℃下水浴加热搅拌1～3h，使金属螯合物沉淀在硅藻表面。8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤3)将干燥的金属螯合物‑硅藻混合物在惰性气氛中以5～10℃/min的速度升温至600～900℃煅烧1～3h。9.权利要求1所述的硅藻基复合材料，或者权利要求2‑8所述的方法制备得到的硅藻基复合材料的应用，其特征在于，用于负极材料制备。10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，用于锂离子电池负极材料制备。2CN115911321A说明书1/5页一种硅藻基复合材料及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明属于硅藻应用和锂离子电池负极材料领域，具体涉及一种硅藻基复合材料及其制备方法和在锂离子电池中的应用。背景技术[0002]伴随着近年来能源市场的快速发展，传统的商业化石墨负极理论比容量仅为372mAh·g‑1，已不再满足市场需求，因此开发具有更高能量密度的锂离子电池负极材料至关重要。[0003]二氧化硅由于储量丰富、获取成本低、理论比容量高等优点，被认为是有前景的候选材料。然而，二氧化硅本征电导率极低，体积膨胀较为严重，严重影响了其循环性能。为此，科研人员在二氧化负极材料的改性上进行了大量研究，通过纳米结构设计合成具有独特纳米结构的二氧化硅以抵抗体积应变，并将其与导电相(如碳、金属)复合增强其导电性。例如，Tang等(DOI:10.1002/adfm.201704561)合成了由Ni纳米颗粒修饰的二氧化硅分层中空纳米球，在100mA·g‑1获得了676mAh·g‑1的稳定容量。[0004]然而，二氧化硅的纳米结构设计工艺复杂且成本高，难以商业化。硅藻，其壳体成分为无定形水合二氧化硅(SiO2·nH2O)，是一种具有独特中空多孔结构的天然三维生物材料，避免了复杂的合成过程，近期在能源领域也得到了研究探索。例如，Nowak等(DOI：10.1016/j.algal.2019.101538)研究了硅藻壳体作为锂离子电池(LIBs)负极活性材料的可行性。经对现有技术的文献检索发现，中国专利CN20191062