本發明涉及鋰離子電池領域，具體涉及一種高嵌鋰活性sio2負極材料的制備方法及其應用。

背景技術：

1、隨著新能源汽車的日益普及，當前以石墨負極為主的鋰離子電池因其較低的理論容量，已經無法滿足社會的需求，因此，如何開發一種新型的超高容量負極材料，是當前儲能領域亟需解決的關鍵性難題。

2、sio2因其具有較高理論比容量(1965mah?g-1)和較小體積膨脹逐漸引起了人們的重點關注，更重要的是，sio2作為負極材料時，其在首周的合金化反應過程中原位生成的li2o和li4sio4，可以作為緩沖介質在很大的程度上容納體積膨脹引起的應力，保護生成的活性納米硅。然而，二氧化硅因其較高的化學穩定性、較差的本征導電性和緩慢的鋰離子擴散系數，理論上被認為是不具備電化學嵌鋰活性，因此，開發出一種高嵌鋰活性的sio2負極材料是推動其商業化應用的關鍵。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種高嵌鋰活性sio2負極材料的制備方法及其應用，該方法步驟簡單、原料豐富，成本低廉，可實現規模化生產，所制備的高嵌鋰活性sio2負極材料可以應用在儲能領域。

2、為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案是：一種高嵌鋰活性sio2負極材料的制備方法，包括以下步驟：

3、s1、將結晶性sio2或經過預處理得到的結晶性sio2轉移到馬弗爐中，高溫煅燒一段時間后立即放入淬冷劑中；

4、s2、將淬火后的sio2材料收集起來，重復步驟s1進行多次反復煅燒淬火；

5、s3、將最終淬火后的sio2材料轉移至一定濃度的葡萄糖溶液中，超聲分散一段時間，然后過濾、干燥；

6、s4、將步驟s3得到的材料轉移至管式爐中，惰性氣體下高溫煅燒一段時間，即可得到高嵌鋰活性的sio2負極材料。

7、優選的，步驟s1中，煅燒溫度為500-2000℃，煅燒時間為5-2000min。

8、優選的，步驟s1中，所述淬冷劑為水、冰水、氯化鈉水溶液、液氮、液氨、乙二醇、丙二醇水溶液、乙醇水溶液、甘油、氟利昂過冷液體中的一種或者多種。

9、優選的，步驟s2中，反復煅燒淬火次數為2-10次。

10、優選的，步驟s4中，煅燒溫度為400-1200℃，煅燒時間為0.5-10h。

11、優選的，步驟s4中，惰性氣體為氮氣、氬氣、氫氣、氬氫混合氣、氨氣中的一種。

12、優選的，步驟s3中，葡萄糖的溶液的濃度為0.1-10mol/l。

13、進一步的，步驟s1中，所述經過預處理的過程為：將自然界中含sio2的物質浸泡在濃鹽酸溶液中一段時間，過濾、洗滌除去雜質、干燥得到結晶性sio2。

14、優選的，所述含sio2的物質為蒙脫土或沙子或蒙脫土與沙子的混合物。

15、為實現上述發明目的，本發明還提供上述方法所制備得到的高嵌鋰活性sio2負極材料在儲能領域中的用途。

16、本發明中淬火可以將二氧化硅高溫下形成的高度缺陷結構(氧空位)穩定在晶體結構中。高溫下，晶格中原子圍繞其平衡位置發生振動，而氧原子作為揮發性元素則會通過振動擴散進入空氣中，在晶格中遺留下氧空位。而快速驟冷避免了空氣中解離氧的回補，使得這些高濃度的氧空位穩固的保留在體相晶格中。相比于傳統的還原法制備的聚集于表層的氧空位，淬火誘導的體相非化學計量比缺陷擁有更高的化學穩定性，可以從本質上優化氧化物的電子結構和電化學活性。

17、與現有技術方案相比，本發明具有以下優點：

18、(1)本發明原料(結晶性sio2以及制備結晶性sio2的蒙脫土和沙子等)來源廣泛，綠色環保，獲取方式簡單方便。

19、(2)本發明成本低，操作方法簡單，工藝簡潔，能夠實現大規模生產。

20、(3)本發明操作條件溫和，應用范圍廣；所制備的高嵌鋰活性sio2負極材料展現了優異的循環穩定性和放電比容量，在儲能領域擁有廣泛的應用前景。

技術特征：

1.一種高嵌鋰活性sio2負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種高嵌鋰活性sio2負極材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中，煅燒溫度為500-2000℃，煅燒時間為5-2000min。

3.根據權利要求1或2所述的一種高嵌鋰活性sio2負極材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述淬冷劑為水、冰水、氯化鈉水溶液、液氮、液氨、乙二醇、丙二醇水溶液、乙醇水溶液、甘油、氟利昂過冷液體中的一種或者多種。

4.根據權利要求1或2所述的一種高嵌鋰活性sio2負極材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中，反復煅燒淬火次數為2-10次。

5.根據權利1或2所述的一種高嵌鋰活性sio2負極材料的制備方法，其特征在于，步驟s4中，煅燒溫度為400-1200℃，煅燒時間為0.5-10h。

6.根據權利要求1或2所述的一種高嵌鋰活性sio2負極材料的制備方法，其特征在于，步驟s4中，惰性氣體為氮氣、氬氣、氫氣、氬氫混合氣、氨氣中的一種。

7.根據權利要求1或2所述的一種高嵌鋰活性sio2負極材料的制備方法，其特征在于，步驟s3中，葡萄糖的溶液的濃度為0.1-10mol/l。

8.根據權利要求1或2所述的一種高嵌鋰活性sio2負極材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述經過預處理的過程為：將自然界中含sio2的物質浸泡在濃鹽酸溶液中一段時間，過濾、洗滌除去雜質、干燥得到結晶性sio2。

9.根據權利要求8所述的一種高嵌鋰活性sio2負極材料的制備方法，其特征在于，所述含sio2的物質為蒙脫土或沙子或蒙脫土與沙子的混合物。

10.權利要求1-9中任一項所述的方法所制備得到的高嵌鋰活性sio2負極材料在儲能領域中的用途。

技術總結
本發明公開了一種高嵌鋰活性SiO<subgt;2</subgt;負極材料的制備方法及其應用，該方法包括以下步驟：將結晶性SiO<subgt;2</subgt;或經過預處理得到的結晶性SiO<subgt;2</subgt;轉移到馬弗爐中，高溫煅燒一段時間后立即放入淬冷劑中；將淬火后的SiO<subgt;2</subgt;材料收集起來，進行多次反復煅燒淬火；將最終淬火后的SiO<subgt;2</subgt;材料轉移至一定濃度的葡萄糖溶液中，超聲分散一段時間后將其過濾干燥；將干燥后的材料轉移至管式爐中，惰性氣體下高溫煅燒一段時間，即可得到高嵌鋰活性的SiO<subgt;2</subgt;負極材料。該方法步驟簡單、原料豐富，成本低廉，可實現規模化生產，所制備的高嵌鋰活性SiO<subgt;2</subgt;負極材料可以應用在儲能領域。

技術研發人員：蘇忠,施峰,韓宸琛
受保護的技術使用者：江蘇師范大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/6