本發(fā)明涉及一種新型生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法。

背景技術(shù)：

1、鎂金屬是一種很有前途的超鋰離子電池陽極候選者，因為鎂負(fù)極的體積比容量為3833mah/cm-3，將近是鋰金屬(2046mah?cm-3)的兩倍；鎂負(fù)極還具有低的還原電位(-2.37vvs標(biāo)準(zhǔn)氫電極)；此外鎂金屬資源豐富、高安全性能及其高能量密度、低價格及其環(huán)保性受到越來越多的關(guān)注，在對電池體積要求較低的大規(guī)模儲能系統(tǒng)中，鎂離子電池有望成為下一代電池體系的理想選擇。

2、在常規(guī)電解液中，由于化學(xué)上不穩(wěn)定的溶劑化物質(zhì)的還原而產(chǎn)生的離子鈍化界面層會阻礙mg0/mg2+反應(yīng)。大量研究已經(jīng)證實生物質(zhì)炭具備一定的金屬離子導(dǎo)通性，而在鎂金屬電池中較好的離子導(dǎo)通性是生物質(zhì)炭成為鎂金屬負(fù)極表面人造sei(solid?electrolyteinterface)的先決條件。因此通過對生物質(zhì)炭進(jìn)行改性處理進(jìn)一步提高離子電導(dǎo)有助于提高鎂金屬負(fù)極在循環(huán)過程中的反應(yīng)動力學(xué)。因此通過將改性后的生物質(zhì)炭和鎂金屬制備改性生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材料，將離子電導(dǎo)提升后的改性生物質(zhì)炭作為鎂金屬表面的人造sei，有望提高復(fù)合材料金屬負(fù)極的電化學(xué)性能。并且將生物質(zhì)材料和廢棄物合理轉(zhuǎn)化為功能材料是處理日常生活、制造業(yè)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的生物材料和廢棄物的一種環(huán)境友好和可持續(xù)的選擇，基于生物質(zhì)的材料已在許多實際應(yīng)用中得到應(yīng)用。

3、因此急需一種工藝簡單，成本低廉的方法使生物質(zhì)炭離子電導(dǎo)進(jìn)一步提高以此滿足改性后的生物質(zhì)炭可作為人造的鎂離子保護(hù)界面層的需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了進(jìn)一步提高作為鎂金屬表面人造保護(hù)界面的生物質(zhì)炭的離子電導(dǎo)，提出了一種高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法。

2、本發(fā)明高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法按照以下步驟進(jìn)行：

3、一、原材料準(zhǔn)備：稱取生物質(zhì)炭、金屬基體和過氧化氫作為原料；

4、二、前驅(qū)體制備：

5、將步驟一中的過氧化氫配置成過氧化氫水溶液，之后將生物質(zhì)炭置于過氧化氫水溶液中攪拌，隨后過濾獲得到過氧化氫與生物質(zhì)炭的混合物；

6、三、預(yù)制體處理：

7、將步驟二中過氧化氫與生物質(zhì)炭的混合物除去殘留的過氧化氫，之后將處理后的生物質(zhì)炭置于真空烘箱中干燥得到預(yù)制體；

8、四、改性的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材料的制備：

9、將步驟三中獲得的預(yù)制體和步驟一中的金屬基體在保護(hù)氣氛下通過壓力浸滲工藝制備成生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片。

10、本發(fā)明具備以下有益效果：

11、1、本發(fā)明給出了一種提高生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材料離子電導(dǎo)的方法，利用過氧化氫對生物質(zhì)炭進(jìn)行化學(xué)活化處理，使得生物質(zhì)炭產(chǎn)生了大量缺陷且比表面積明顯增大，增大鎂離子的接觸位點以及縮短鎂離子的傳輸路徑，從而進(jìn)一步提高化學(xué)反應(yīng)速率和優(yōu)化離子導(dǎo)通性。利用自排氣壓力浸滲技術(shù)制備改性的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材料。作為鎂金屬負(fù)極表面人造sei的改性生物質(zhì)炭使得鎂金屬負(fù)極極片在常規(guī)電解液中循環(huán)過程中過電勢明顯降低，反應(yīng)動力學(xué)得到有效提高。

12、2、本發(fā)明實現(xiàn)了將生物質(zhì)材料和廢棄物合理轉(zhuǎn)化為功能材料，這是處理日常生活、制造業(yè)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的生物材料和廢棄物的一種環(huán)境友好和可持續(xù)的選擇。本發(fā)明利用多孔炭材料的高比表面積以及可調(diào)制的化學(xué)組分，有利于能量存儲與轉(zhuǎn)換相關(guān)的應(yīng)用，發(fā)揮了其功能材料屬性。

13、3、本發(fā)明原材料成本低、綠色環(huán)?？稍偕?，電化學(xué)極片制備一體成型，簡單有效，人造保護(hù)界面通過簡單的活化處理即可實現(xiàn)性能的有效提高，滿足產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法，其特征在于：高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法按照以下步驟進(jìn)行：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法，其特征在于：步驟一所述的生物質(zhì)炭為塊體或者粉體。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法，其特征在于：步驟一所述的粉體的顆粒尺寸為50～300μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法，其特征在于：步驟一所述的金屬基體為純鎂及鎂合金，所述鎂合金為mg-al合金、mg-al-zn-mn合金、mg-al-si合金及mg-si合金中的一種或其中幾種的組合。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法，其特征在于：步驟二所述的過氧化氫水溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20～50％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法，其特征在于：步驟二所述的生物質(zhì)炭置于過氧化氫水溶液中攪拌的溫度為25～200℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法，其特征在于：步驟二所述的生物質(zhì)炭置于過氧化氫水溶液中攪拌的時間為2～48h。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法，其特征在于：步驟三所述的過氧化氫與生物質(zhì)炭的混合物中除去殘留的過氧化氫的方式為離心或者過濾，然后通過去離子水反復(fù)洗滌，其中離心轉(zhuǎn)速為3000～5000rpm,離心時間為0.5～1h。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法，其特征在于：步驟四所述的壓力浸滲工藝中預(yù)熱溫度為600～650℃，浸滲溫度為800～890℃，保護(hù)氣氛為氦氣、氮氣或氬氣。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法，其特征在于：步驟四所述的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片中生物質(zhì)炭的體積分?jǐn)?shù)為60％～80％，金屬基體為余量。

技術(shù)總結(jié)
一種高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法，涉及一種新型生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法。為了解決作為鎂金屬表面人造保護(hù)界面的生物質(zhì)炭的的離子電導(dǎo)不高的問題。本發(fā)明提高生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材料離子電導(dǎo)的方法利用過氧化氫對生物質(zhì)炭進(jìn)行刻蝕處理，使得生物質(zhì)炭產(chǎn)生了大量缺陷，利用自排氣壓力浸滲技術(shù)制備改性的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材料。作為鎂金屬負(fù)極表面人造SEI的改性生物質(zhì)炭使得鎂金屬負(fù)極極片在常規(guī)電解液中循環(huán)過程中過電勢明顯降低，反應(yīng)動力學(xué)得到有效提高。本發(fā)明原材料成本低、綠色環(huán)?？稍偕娀瘜W(xué)極片制備一體成型，簡單有效，人造保護(hù)界面通過簡單的活化處理即可實現(xiàn)性能的有效提高，滿足產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：武高輝,王琳,衛(wèi)增巖,孫凱,楊文澍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19