[發明專利]一種復合的生物質碳材料及其制備和在鋰硒電池用涂層隔膜中的應用

在審

• 申請號: 201811465566.6
• 申請日: 2018-12-03
• 公開（公告）號: CN109704303A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 張開龍;王莉;潘紅琳;江鈺;王迪;蔣政言;王磊;王良彪;周全法
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;H01M2/16;H01M2/14
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 王巍巍

本發明公開了一種復合的生物質碳材料及其制備和在鋰硒電池用涂層隔膜中的應用，屬于電化學儲能技術領域。室溫下，將生物質材料浸漬在乙酸鎳溶液中，經冷凍干燥得到復合生物質碳材料前驅體；然后將復合生物質材料前驅體在管式爐中碳化，得到的產物進行洗滌干燥后即得到復合的生物質碳材料。將這種復合材料應用于鋰硒電池的隔膜修飾中，能夠有效抑制了多硒化物在電池正負極之間的穿梭，使電池具有更高的實際比容量，提高了電池的庫倫效率和循環性能。

技術領域

本發明屬于鋰硒電池技術領域，特別涉及一種復合的生物質碳材料及其制備和在鋰硒電池用涂層隔膜中的應用，尤其在鋰硒電池隔膜改性中的應用。

背景技術

隨著全球經濟的繁榮發展，工業化進程的逐步加快，二十一世紀面臨的能源問題也越來越嚴重，新型可再生能源的開發已經刻不容緩，同時環境問題已經成為全人類面臨的挑戰，尋求新型綠色儲能手段早已成為全人類的共識。過去二十余年間，鋰離子電池的研究與產業化獲得了巨大成功，鋰離子電池的廣泛應用改變了能源市場生態。

由于傳統鋰離子電池理論比容量的限制，電動汽車、便攜智能設備等對電池的質量比容量和體積比容量提出了更高的要求，研究者們迫切尋找更高比容量、高能量密度的電池體系。鋰硒電池是一種基于硒與鋰發生多電子氧化還原反應原理工作的儲能裝置，理論質量比容量為678mAh/g，理論體積比容量為3254mAh/cm³，因而被認為是一種有前景的高比能量二次電池體系。然而，該電池正極存在活性物質利用率低、充放電過程中體積變化大、循環穩定性變差、庫倫效率低從及電子電導率和離子傳輸速率相對較低等問題，這些問題嚴重影響了鋰硒電池的電化學性能。

隨著市場對能源存儲提出更高的要求、二次鋰硒電池受到研究者們的重視，2012年Ali Abouimrane與Khalil Amine課題組發表在J.Am.Chem.Soc.上的研究論文首次報道常溫下單質硒作為正極活性物質在二次鋰電池與鈉電池體系中的應用(J.Am.Chem.Soc.,2012,134,4505-4508)。此后，鋰硒電池引起了研究者們的興趣，相關的研究陸續在期刊上報道。鋰硒電池因此成為受關注的高能量密度二次電池體系。針對鋰硒電池電化學性能的提升，利用生物質碳材料的導電骨架、豐富孔隙和高比表面積等優勢，將其作為鋰硒電池材料的載體，己被視為一種提高鋰硒電池電化學性能的有效方案。采用低成本、來源綠色的生物質取代傳統化學試劑作為碳源并篩選簡單的工藝可以有效地降低制備成本、拓展生物質基碳材料的應用潛能，符合環境友好的理念。

發明內容

本發明的目的在于提供一種復合的生物質碳材料制備方法,旨在提供一種具有豐富孔隙、高比表面積、良好導電性的復合生物質碳材料。

本發明還提供了一種所述的復合的生物質碳材料在鋰硒電池隔膜改性領域中的應用,通過用所述的浸漬法、冷凍干燥法合成的復合生物質碳材料對隔膜的修飾,提高鋰硒電池的循環性能。修飾后的隔膜能夠抑制鋰硒電池多硒化物的穿梭效應，使鋰硒電池具有更高的放電比容量,并且可以提高電池的庫倫效率，從而提高了電池的整體電化學性能。

本發明將采用以下技術方案來實現：

一種復合生物質碳材料，其特征在于：采用乙酸鎳溶液浸漬處理后的生物質，隨后經冷凍干燥、高溫煅燒得到復合生物質碳材料。

所述生物質為蘿卜、冬瓜、香菇或杏鮑菇中的一種或兩種以上。

所述復合生物質碳材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟(1)：將生物質洗凈并清除表面雜質，切碎得到均勻的塊狀物A；

步驟(2)：將均勻的塊狀物A加入到乙酸鎳溶液中，浸泡過濾得到塊狀B；

步驟(3)：將塊狀物B進行冷凍干燥，干燥后得到的產物進行研磨，并移至管式氣氛爐中，進行高溫煅燒碳化得到碳化產物C；