本發(fā)明涉及電池技術(shù)研究領(lǐng)域，特別涉及一種生物質(zhì)硬碳鋰離子電池負(fù)極材料制備方法。

背景技術(shù)：

1、目前，為了降低污染和改善環(huán)境，新能源汽車得以迅速發(fā)展并保持持續(xù)增長趨勢，在這其中電池扮演著極其重要的角色，鋰離子電池因其能量密度高、循環(huán)壽命長等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。鋰離子電池由負(fù)極、正極、電解液和隔膜組成，其中負(fù)極在很大程度上決定了鋰電池的關(guān)鍵性能。因此，開發(fā)高性能的負(fù)極材料已成為鋰離子電池最重要和最迫切的方向之一。目前，商用鋰離子電池的負(fù)極主要是由石墨制成的。石墨具有電子電導(dǎo)率高、鋰離子擴(kuò)散系數(shù)大、層狀結(jié)構(gòu)在嵌鋰前后體積變化小及嵌鋰電位低等優(yōu)點(diǎn)，但其耐低溫性與倍率性能制約了電池的有效運(yùn)行。與石墨相比，硬碳不僅具有豐富的微孔，而且還形成了短程有序但長程無序的特性，這有利于鋰離子的轉(zhuǎn)移，提高了倍率性能。此外更大的層間距允許鋰離子更快的嵌入/脫嵌，使其成為一種適用于鋰離子電池快速充電的負(fù)極材料。然而硬碳負(fù)極的首次庫倫效率較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實際應(yīng)用的需要。因此，要滿足硬碳在實際電池中的應(yīng)用，主要的挑戰(zhàn)是如何在不犧牲首次庫倫效率的情況下提高可逆容量。

2、硬碳的來源包括樹脂類、瀝青基類、生物質(zhì)類等，其中生物質(zhì)材料因其可再生、污染低、來源廣和成本低而受到科研人員的廣泛關(guān)注。油菜花粉顆粒獨(dú)特的橢圓體形態(tài)不僅幾何形狀規(guī)則、堆積密度高等，而且其自身攜帶的雜原子（n、o、s）能形成眾多活性位點(diǎn)、增加層間空間和提高電導(dǎo)率來改善硬碳的性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中硬碳作為鋰離子電池負(fù)極時存在的首次庫倫效率及電導(dǎo)率較低的問題，提供一種生物質(zhì)硬碳鋰離子電池負(fù)極材料制備方法。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

3、一種生物質(zhì)硬碳鋰離子電池負(fù)極材料制備方法，所述硬碳負(fù)極材料經(jīng)水熱反應(yīng)和高溫炭化制得，所述硬碳負(fù)極材料制備方法包括如下步驟：

4、s1.將采摘的生物質(zhì)原料進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括：將所述生物質(zhì)原料置于去離子水和乙醇混合溶液中浸泡，過濾后用去離子水反復(fù)洗滌3次，經(jīng)過洗滌過濾后置于真空干燥箱中干燥，得到預(yù)處理材料；

5、s2.將預(yù)處理材料置于溶有改性劑的溶液中，然后進(jìn)行攪拌分散，并將其移入至不銹鋼反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)離心沖洗、過濾干燥后，得到改性材料；

6、s3.將改性材料轉(zhuǎn)移至管式爐中通入保護(hù)氣進(jìn)行高溫炭化，得到生物質(zhì)硬碳材料；

7、其中，所述生物質(zhì)原料包括：白菜型油菜花、芥菜型油菜花、甘藍(lán)型油菜花中的一種或幾種。

8、進(jìn)一步的，所述改性劑包括磷酸、亞磷酸、氫氟酸、硼酸、植酸中的一種或多種。

9、進(jìn)一步的，所述預(yù)處理材料與改性劑的質(zhì)量比為100:5-30（20:1~10:3）。

10、進(jìn)一步的，所述反應(yīng)釜中反應(yīng)的溫度為130-170℃，干燥時間為5-24h。

11、進(jìn)一步的，所述高溫炭化升溫速率為1-5℃/min，最高溫度為1200-1500℃，炭化1-3h。

12、本發(fā)明的有益效果是：

13、（1）生物質(zhì)原料自身攜帶的氮、氧、硫原子能形成眾多活性位點(diǎn)、增加層間空間和提高電導(dǎo)率來改善硬碳的電化學(xué)性能，另外通過額外的雜原子引入能進(jìn)一步擴(kuò)大層間距及修復(fù)碳層中的一些缺陷，有利于提升硬碳材料的首次庫倫效率；

14、(2)采用的水熱處理方法維持了油菜花粉的原始形貌，橢圓形顆粒不僅有利于提升材料的堆積密度，同時也賦予了碳材料的容量及首效提升。

技術(shù)特征：

1.一種生物質(zhì)硬碳鋰離子電池負(fù)極材料制備方法，所述硬碳負(fù)極材料源自生物質(zhì)，經(jīng)水熱反應(yīng)和高溫炭化制得，其特征在于，所述硬碳負(fù)極材料制備方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)硬碳鋰離子電池負(fù)極材料制備方法，其特征在于，所述改性劑包括磷酸、亞磷酸、氫氟酸、硼酸、植酸中的一種或多種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)硬碳鋰離子電池負(fù)極材料制備方法，其特征在于，所述預(yù)處理材料與改性劑的質(zhì)量比為100:5-30。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)硬碳鋰離子電池負(fù)極材料制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)釜中反應(yīng)的溫度為130-170℃，干燥時間為5-24h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)硬碳鋰離子電池負(fù)極材料制備方法，其特征在于，高溫炭化升溫速率為1-5℃/min，最高溫度為1200-1500℃，炭化1-3h。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種生物質(zhì)硬碳鋰離子電池負(fù)極材料制備方法，涉及電池技術(shù)研究領(lǐng)域。包括以下步驟：將生物質(zhì)原料進(jìn)行預(yù)處理，得到預(yù)處理材料；將預(yù)處理材料置于溶有改性劑的溶液中，然后進(jìn)行攪拌分散，并將其移入至不銹鋼反應(yīng)釜中反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)離心沖洗、過濾得到改性材料；將改性材料轉(zhuǎn)移至管式爐中通入保護(hù)氣進(jìn)行高溫炭化，得到生物質(zhì)硬碳材料。通過生物質(zhì)原料自身能形成眾多活性位點(diǎn)、增加層間空間和提高電導(dǎo)率來改善硬碳的電化學(xué)性能，有利于提升硬碳材料的首次庫倫效率；水熱處理方法維持了油菜花粉的原始形貌，橢圓形顆粒不僅有利于提升材料的堆積密度，同時也賦予了碳材料的容量及首效提升。

技術(shù)研發(fā)人員：田濤,盛業(yè)武,王嵬,賴亮,王煉,歐禮陽,李堂鵬,白雯鑫,胡欽祿,艾子豪,程渝茹
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川海創(chuàng)尚緯新能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/28