[發明專利]生物質硬碳、鋰離子電池及其制備方法、應用

有效

• 申請號: 201910041543.0
• 申請日: 2019-01-16
• 公開（公告）號: CN111439738B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 范拯華;葛傳長;沈龍;曾繁俊;吳志紅
• 申請（專利權）人: 上海杉杉科技有限公司
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 上海弼興律師事務所 31283
• 代理人: 薛琦;鄒玲

本發明公開一種生物質硬碳、鋰離子電池及其制備方法、應用。該制備方法步驟如下:生物質粉末，經混合溶液浸漬后，再經過濾、洗滌至中性和干燥后，得物料A；物料A，經預碳化及粉碎后，得D50為5?8μm的含碳生物質粉末；含碳生物質粉末、含鋰化合物、含N化合物和含P化合物的混合物，經碳化，即得；混合溶液中去除硅的物質的濃度為1?10mol/L，混合溶液中去除金屬的物質的濃度為1?10mol/L，浸漬的時間為5?72h；含碳生物質粉末、含鋰化合物、含N化合物和含P化合物的質量比為120:(6?48):(6?48):(6?48)。該制備方法，成本低、安全可靠、工藝簡單、適于工業化生產；所得硬碳材料的性能更好。

技術領域

本發明涉及一種生物質硬碳、鋰離子電池及其制備方法、應用。

背景技術

生物質硬炭是硬碳材料的一種，其是近年來環境和能源領域特別關注的材料，在能量存儲和轉化等方面獲得了大量的研究和應用。生物質是制備炭材料的一種天然的前驅體，具有來源廣泛、價格低廉、容易獲取、環境友好等諸多優勢。硬炭材料由于容量高和倍率性能好，被廣泛用于高性能鋰離子電池負極材料。然而，硬炭材料表面疏松多孔，易吸附空氣中的水分和氧氣，在表面形成各種C-H官能團，鋰離子易與這些官能團反應，造成鋰離子的損耗，增大了不可逆容量，降低了首次效率，進而阻礙了它們的廣泛應用。

然而，將專利文獻CN 106299365 A公開的生物質硬碳負極材料的制備方法制得的生物質硬碳的不可逆比容量較大、首次效率較低。為此，尋求一種不可逆容量更小、首次效率更高的生物質硬碳是目前亟須解決的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是為了克服現有的硬碳材料的不可逆容量較大、首次效率較低的缺陷，而提供一種新型的生物質硬碳、鋰離子電池及其制備方法、應用。本發明的制備方法，原料價格低廉、來源豐富、能量消耗低、對設備要求低，故成本低，且安全可靠、工藝簡單、適于工業化生產。本發明的制備方法制得的硬碳材料的首次充放電比容量更高、不可逆容量較小、首次效率較高，且倍率性能較好、容量保持率更高。

本發明通過以下技術方案解決上述技術問題:

本發明提供一種生物質硬碳的制備方法，所述制備方法包括如下步驟:

(1)生物質粉末，經混合溶液浸漬后，再經過濾、洗滌至中性和干燥后，得物料A；

(2)所述物料A，經預碳化及粉碎，得D50為5～8μm的含碳生物質粉末；

(3)所述含碳生物質粉末、含鋰化合物、含N化合物和含P化合物的混合物，經碳化，即得；

步驟(1)中，所述混合溶液中含有去除硅的物質和去除金屬的物質的水溶液，所述去除硅的物質為HF，所述去除金屬的物質為HCl、H₂SO₄、H₃PO₄和HNO₃中的一種或多種；所述混合溶液中所述去除硅的物質的濃度為1-10mol/L，所述混合溶液中所述去除金屬的物質的濃度為1-10mol/L，所述浸漬的時間為5-72h；

步驟(3)中，所述含碳生物質粉末、所述含鋰化合物、所述含N化合物和所述含P化合物的質量比為120:(6-48):(6-48):(6-48)。

步驟(1)中，所述生物質粉末可為現有技術中的生物質的粉末，較佳地為花生殼粉末、核桃殼粉末、椰殼粉末和開心果殼粉末中的一種或多種，更佳地為花生殼粉末。

步驟(1)中，所述去除金屬的物質較佳地為HCl。

步驟(1)中，所述混合溶液中所述去除硅的物質的濃度與所述去除金屬的物質的濃度的比值較佳地為0.5:1-2:1，例如可為1:1。

步驟(1)中，所述浸漬的時間較佳地為20-28h，例如可為24h。