[發明專利]空心管狀結構的生物碳用鋰離子電池負極材料及制備方法

有效

• 申請號: 201610191708.9
• 申請日: 2016-03-30
• 公開（公告）號: CN105742571B
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 黃劍鋒;程婭伊;李嘉胤;曹麗云;歐陽海波;李翠艷;齊慧;周磊
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M4/133
• 分類號: H01M4/133;H01M4/1393
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

空心管狀結構的生物碳用鋰離子電池負極材料的制備方法，以廢棄的生物質預制體為碳源，將洗干凈的生物質預制體放置在充滿Ar的真空管式爐中高溫碳化，反應結束后自然冷卻至室溫，收集粉體并洗滌得到空心管狀結構的碳材料，該空心管狀結構的生物碳長度為5～100μm，內徑為2～5μm，壁厚為200nm～1μm。以其作為鋰離子電池負極材料，具有優異的電化學性能。本發明工藝簡單，制備周期短，且實現廢物循環利用，能耗低，節約生產成本，適合大規模生產制備。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池負極用生物碳質負極材料的制備，具體涉及一種空心管狀結構的生物碳用鋰離子電池負極材料及制備方法。

背景技術

鋰離子電池由于高的能量密度、長循環壽命、環境友好性、無記憶效應等作為儲能材料被廣泛應用，如電動汽車和便攜式電子設備手機、數碼相機和筆記本電腦等。由于負極活性材料是鋰離子電池最重要的組成部分之一，因此，研發高性能的負極材料成為鋰離子電池發展的關鍵所在。最早使用的商業化的負極材料是石墨類碳材料，但是石墨類負極價格昂貴不利于其大規模應用，隨后研究者將目光轉向非石墨化的碳材料，例如硬碳具有較大的層間距、無定型多孔結構，有利于鋰離子的脫嵌和遷移，成為具有應用前景的負極材料。

目前，研究者多以生物質碳為原料，采用高溫煅燒的方法制備硬碳。例如，ElmiraMemarzadeh Lotfabad等以香蕉皮作為原料，制備的具有多孔結構的硬碳600次循環之后的容量保持在600mAh g^-1(High-Density Sodium and Lithium Ion Battery Anodes fromBanana Peels.ACS Nano.8(2014)7115-7129)。Huanlei Wang等以花生皮為原料，采用碳化-活化的工藝過程，制備的硬碳具有分層的多孔結構，以其作為鈉離子電池負極材料，200圈之后的容量保持率為83-86％(Biomass derived hierarchical porous carbons ashigh-performance anodes for sodium-ion batteries.Electrochimica Acta.188(2016)103-110.)。可見生物質硬碳類負極材料的確具有較好的儲鋰/鈉性能，但是目前報道的硬碳類材料均來源于生物質，如香蕉皮、花生皮、樹葉、蘑菇、柳絮等，而生物質材料的生存具有季節性，不利于此類材料的大規模生產利用。因此，生物質碳材料的來源有待繼續開發。

發明內容

本發明的目的在于提供一種空心管狀結構的生物碳用鋰離子電池負極材料及制備方法，所制備的空心管狀結構的生物碳，能夠實現廢物利用且制備方法簡單，作為鋰離子電池負極材料具有較高的容量和較好的循環穩定性。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案：

空心管狀結構的生物碳用鋰離子電池負極材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將廢棄的生物質預制體洗滌后，剪碎得到碎片A；

2)將碎片A在酸液中浸泡，然后沖洗直到碎片A中無殘留的酸液后，干燥得到碎片B；

3)將碎片B放置在充滿Ar的真空管式爐中，在400～1200℃保溫0.5h～6h，反應結束后洗滌、烘干得到生物質碳粉體。

生物質預制體為廢棄的化妝棉、A4紙或濾紙；

所述步驟1)中酸液為硫酸、鹽酸或硝酸。

所述步驟1)中酸液的濃度為5～15mol/L。

所述步驟2)中浸泡的時間為10～120min，

所述步驟3)中以1～20℃/min的升溫速率升溫至400～1200℃。

所述步驟3)中Ar流量為100sscm。

所述步驟3)中洗滌是采用水和無水乙醇反復洗滌。