(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211317630.2 (22)申请日 2022.10.26 (71)申请人 南京林业大 学 地址 210037 江苏省南京市龙蟠路159号 (72)发明人 陈健强　刘帅　陶文杰　 (74)专利代理 机构 江苏圣典律师事务所 32 237 专利代理师 徐芝强　肖明芳 (51)Int.Cl. C01B 33/023(2006.01) C01B 33/18(2006.01) H01M 4/38(2006.01) H01M 10/0525(2010.01) B82Y 40/00(2011.01) (54)发明名称 一种低温熔融盐热法制备的纳米硅材料及 其制备方法与应用 (57)摘要 本发明公开了一种低温熔融盐热法制备的 纳米硅材料及其制备方法与应用， 将生物质材料 用盐酸溶液进行水浴加热， 随后过滤、 烘干； 烘干 后的生物质进行煅烧， 冷却后得到生物基二氧化 硅； 将制得的生物基二氧化硅与还原剂、 金属盐 在保护气氛下充分研磨， 然后将混合物转移至密 闭容器内， 进行熔融盐热反应； 反应结束后， 将产 物依次经盐酸、 氢氟酸浸泡， 洗涤后真 空干燥， 即 得。 本发明以生物质为二氧化硅原材料， 来源广 泛、 易得， 制备过程温度低， 耗能小， 不会产生有 毒气体， 环境友好。 通过低温熔融盐热还原法， 还 原出结晶度高、 颗粒边际清晰、 尺寸均匀的Si纳 米颗粒， 在作为锂电池负极材料时， 有着高的比 容量， 稳定的循环充放电性能。 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 CN 115465864 A 2022.12.13 CN 115465864 A 1.一种低温熔融盐热法制备纳米硅材 料的方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： (1)将生物质材 料用盐酸溶 液进行水浴加热， 随后过 滤、 烘干； (2)将步骤(1)烘干后的生物质进行煅烧， 冷却后得到生物基二氧化硅； (3)将制得的生物基二氧化硅与还原剂、 金属盐在 保护气氛下充分研磨， 然后将混合物 转移至密闭容器内， 进行 熔融盐热反应； (4)反应结束后， 将产物 依次经盐酸、 氢氟酸浸泡， 洗涤后真空干燥， 即得。 2.根据权利要求1所述的低温熔融盐热法制备纳米硅材料的方法， 其特征在于， 步骤 (1)中， 所述的生物质材 料选自稻壳、 竹 粉、 甘蔗叶中的任意 一种或两种以上的组合。 3.根据权利要求1所述的低温熔融盐热法制备纳米硅材料的方法， 其特征在于， 步骤 (2)中， 所述的生物质在空气氛 围下进行煅烧， 以升温速率1～10℃/min升温至680～750℃ 保温2～8h， 然后以5～10℃/mi n的降温速率降至室温。 4.根据权利要求1所述的低温熔融盐热法制备纳米硅材料的方法， 其特征在于， 步骤 (3)中， 所述还原剂 选自硼氢化钠、 氢化钙、 氢化镁中的任意一种或两种以上的组合， 所述金 属盐选自氯化锂、 氯化钠、 氯化铝、 氯化铜中的任意一种或两种以上 的组合； 所述生物基二 氧化硅与还原剂的质量比为1:(0.5～5)， 所述金属盐与还原剂质量比为10:1。 5.根据权利要求1所述的低温熔融盐热法制备纳米硅材料的方法， 其特征在于， 步骤 (3)中， 所述研磨条件是在氩气保护下进行， 研磨时间为0.5～ 2h。 6.根据权利要求1所述的低温熔融盐热法制备纳米硅材料的方法， 其特征在于， 步骤 (3)中， 所述熔融盐热反应的条件为200～400℃下保温2～10h； 反应的密闭容器为不锈钢反 应釜或聚四氟乙烯反应釜。 7.根据权利要求1所述的低温熔融盐热法制备纳米硅材料的方法， 其特征在于， 步骤 (4)中， 所述洗涤采用去离子水、 乙醇间隔冲洗； 然后在50℃下真空干燥8～12h， 最后玛瑙研 磨0.25～1h即得。 8.权利要求1～7中任意 一项制备 方法所制备 得到的纳米硅材 料。 9.权利要求8所述的纳米硅材 料在制备锂离 子电池负极材 料中的应用。 10.一种锂离子电池， 其特征在于， 其负极采用包括权利要求8所述的纳米硅材料制备 得到。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115465864 A 2一种低温熔融盐热法制备的纳米硅材料及其制备方 法与应用 技术领域 [0001]本发明属于锂离子电池技术领域， 具体涉及一种低温熔融盐热法制备的纳米硅材 料及其制备 方法与应用。 背景技术 [0002]近年来， 硅(Si)作为锂离子电池(LIBs)负极， 因其超高的比容量得到了广泛的关 注。 然而， 在 充放电循环过程中Si会发生巨大的体积变化(>300％)， 使 得Si面临着严重的容 量衰减问题， 阻碍了其 实际的应用。 纳米化可以有效释放体积膨胀效应， 缩短锂离子的扩散 路径， 从而 有效提高电化学性能。 [0003]目前二氧化硅(SiO2)或硅酸盐制备纳米Si的还原方法有碳热还原法、 铝热还原 法、 镁热还原法等。 碳热还原SiO2是大规模生产Si的典型工业方法。 然而， 该反应发生在 2000℃以上， 高能耗进一步增加了生产成本。 SiO2的铝热还原会产生Al2O3的副产物， 阻碍了 反应的进一步进行。 镁热还原法已被证明可以在500 ‑950℃的温度范围内将SiO2转化为纳 米Si或多孔Si材料， 实际反应温度超 过1500℃。 因此， 纳米Si的结构和形貌裁剪是非常 困难 的。 同时存在Mg2SiO4和Mg2Si两种副产物， 导 致Si得率低。 [0004]此外以上的还原法方法其复杂的合成工艺和高昂 的原料/设备成本也阻碍了Si负 极材料的进一步大规模应用。 到目前为止， 探索一种简单可行的方法， 以合理的成本效益制 备出理想的纳米结构 硅基负极材料仍然是我们面临的挑战。 从经济性和技术可及性两方面 考虑， 生物SiO2源取代商用SiO2源获得纯Si或其衍生 材料更具吸引力。 在这 方面， 诸如稻壳、 甘蔗渣和竹粉等特定的天然富硅生物质 引起了能源材料领域研究人员的注意。 这些富硅生 物质不仅储量丰富、 价格低廉， 降低了原材料成本， 而且具有继承自然资源的独特精细结 构。 此外， 生物质硅源相较于以商用二氧化硅为原料制备出 的纳米硅展现出更多的无定型 的硅成分， 更有利于锂离 子的脱嵌。 发明内容 [0005]发明目的： 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足， 提供一种以生物 质为原料， 采用低温熔融盐热法制备纳米硅材 料的方法。 [0006]为了实现上述目的， 本发明采取的技 术方案如下： [0007]一种低温熔融盐热法制备纳米硅材 料的方法， 包括如下步骤： [0008](1)将生物质材 料用盐酸溶 液进行水浴加热， 随后过 滤、 烘干； [0009](2)将步骤(1)烘干后的生物质进行煅烧， 冷却后得到生物基二氧化硅； [0010](3)将制得的生物基二氧化硅与 还原剂、 金属盐在保护 气氛下充分研磨， 然后将混 合物转移至密闭容器内， 进行 熔融盐热反应； [0011](4)反应结束后， 将产物 依次经盐酸、 氢氟酸浸泡， 洗涤后真空干燥， 即得。 [0012]具体地， 步骤(1)中， 所述的生物质材料选自稻壳、 竹粉、 甘蔗叶中的任意一种或两 种以上的组合。说　明　书 1/4 页 3 CN 115465864 A 3