[發明專利]一種鋰離子電池竹炭負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710329859.0
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN107170986B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 禹筱元;張聰聰;陳文艷;許東輝
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M10/0525;C01B32/05
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 單香杰

本發明公開了一種鋰離子電池竹炭負極材料的制備方法。所述竹炭負極材料制備方法包括如下步驟：S1.將竹炭和石墨烯加入金屬硝酸鹽的醇水溶液中，混合均勻后加熱、烘干，得前驅體A，其中竹炭、石墨烯的質量比為90～95：1～6；S2.將前驅體A在惰性氣氛下煅燒，得前驅體B；S3.將前驅體B加入濃硝酸中恒溫攪拌，抽濾、洗滌、烘干，即得改性分級多孔竹炭負極材料。竹炭來源廣泛，價格低廉。而且本發明采用方法簡單，可操作性強，改性竹炭電化學性能良好，具有良好的應用發展前景。

技術領域

本發明涉及新能源材料和生物質資源化領域，更為具體地，涉及一種鋰離子電池竹炭負極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池因具有工作電壓高、比能量高、循環性能好和無記憶效應等優良性能成為新能源汽車的動力源首選，其水平決定了新能源汽車的發展水平，但由于鋰離子動力電池目前存在價格高和安全性等瓶頸問題，其關鍵材料面臨著新的挑戰。負極材料是決定鋰離子電池性能的關鍵因素之一。商業化石墨是目前鋰離子電池中大規模使用的負極材料，但較低的容量和復雜的制備工藝限制了其在新能源汽車中的發展。

植物被稱為是天然納米工廠，由于植物源具有低成本、可再生和可持續性的特點，從價廉廢棄植物源制備碳、碳納米管、石墨烯和碳量子點等廣泛應用于生物醫藥、環境治理、食品和能源等各領域。

竹炭是竹材高溫熱解的主要產品，其顯微構造類似并接近于洋蔥狀富勒烯碳和展開的碳納米管的特殊結構，具有良好導電性。竹炭獨特的連續網絡的三維大孔微孔隧道結構和大的比表面積，有利于電解液傳輸和活性物質的遷移。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鋰離子電池竹炭負極材料的制備方法。

本發明的第二個目的是上述方法制備得到的鋰離子電池竹炭負極材料。

本發明的第三個目的是提供上述制備得到的鋰離子電池竹炭負極材料的應用。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種鋰離子電池竹炭負極材料的制備方法，包括以下步驟：

S1. 將竹炭和石墨烯加入金屬硝酸鹽的醇水溶液中，混合均勻后加熱、烘干，得前驅體A，其中竹炭、石墨烯的質量比為90～95：1～6；

S2. 將前驅體A在惰性氣氛下煅燒，得前驅體B；

S3. 將前驅體B加入濃硝酸中恒溫攪拌，抽濾、洗滌、烘干，即得改性分級多孔竹炭負極材料。

本發明利用生物模板自組裝法制備連續網絡三維大微孔結構的碳基材料，其中，竹炭除了作為模板還可起到碳源的作用，加入石墨烯并引入硝酸鎳作為催化劑前驅體，在醇水溶液中反應再進行熱處理，主要通過控制竹炭、石墨烯的質量比，最后得到改性分級多孔竹炭材料。竹炭獨特的連續網絡的三維大孔微孔隧道結構和大的比表面積，有利于電解液傳輸和活性物質的遷移；特有的大孔壁上還存在著許多小孔，這種大孔套小孔的特殊結構可形成電化學雙電層，增加比容量。分級多孔竹炭材料可以直接應用于鋰離子電池負極材料，電化學性能優良。

優選地，步驟S1中所述金屬硝酸鹽為硝酸鎳、硝酸鐵或硝酸鈷。

優選地，步驟S1中所述金屬硝酸鹽與竹炭的質量比為4：90～95。

優選地，步驟S1所述醇水溶液為60wt%的甲醇溶液。

優選地，步驟S1所述加熱的方式在水浴條件下進行，水浴溫度為50～85℃。

優選地，步驟S2所述惰性氣氛為氮氣、氬氣或氫氣的一種或多種。

優選地，步驟S2所述煅燒的溫度為700～900℃，所述煅燒的時間為1～5h。

優選地，步驟S3恒溫攪拌的溫度為90～140℃。