以稻殼為原料制備鋰離子電池碳負極材料的制作方法
【專利說明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種鋰離子電池微孔碳負極材料的制備方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004] 鋰離子電池是一種新型高能二次電源，具有比容量大、放電電壓高而平穩(wěn)、低溫性 能好、環(huán)境友好、安全、壽命長、自放電微弱等優(yōu)點。鋰離子電池的上述優(yōu)勢，引起了各國科 學(xué)家的青睞，從而促進了鋰離子二次電池的快速發(fā)展。自問世以來，短短的十幾年間，鋰離 子電池就已經(jīng)被應(yīng)用于手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機等便攜電子產(chǎn)品中，其他一些重要領(lǐng)域 如電動交通工具、航空航天、軍事等領(lǐng)域用的大型鋰離子電池也正在開發(fā)之中。
[0005] 鋰離子電池的電極反應(yīng)包括電子的傳輸和離子的傳輸，這樣就要求電極要有良好 的導(dǎo)電性，保證電子傳輸通道的暢通，一些必要的孔結(jié)構(gòu)，持有電解液，保證離子傳輸?shù)捻?利。只有達到這兩方面的要求，才能夠保證電極活性材料有較高的利用率和良好的循環(huán)穩(wěn) 定性。
[0006] 鋰離子電池負極材料在實際應(yīng)用中仍然是石墨材料占主導(dǎo)地位。人造石墨和天然 石墨作為負極材料各有優(yōu)點和缺點，人造石墨具有循環(huán)穩(wěn)定的優(yōu)點，但在容量上一般要低 于天然石墨。天然石墨雖然具有容量高的優(yōu)點，但在循環(huán)過程中容量衰減快是其致命弱點。
[0007] 本發(fā)明是以農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼為原料，通過干餾，酸處理、堿處理等方法，得到微孔 結(jié)構(gòu)的非晶炭，不需要石墨化，利用其微孔結(jié)構(gòu)進行嵌鋰/脫鋰。本發(fā)明原料來源廣闊、工 藝簡單，同時能夠達到作為鋰離子電池負極材料的各項要求。
[0008]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池微孔碳負極材料的制備方法。
[0010] 本發(fā)明提出了以稻殼為原料制備微孔碳鋰離子電池負極材料的方法。
[0011] 一種鋰離子電池微孔碳負極材料的制備方法，包括如下步驟： 將農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼用蒸餾水清洗干凈，然后在氮氣氣氛下以450~650°C的溫度煅燒 1~5個小時，得到稻殼干餾物。
[0012] 將稻殼干餾物在質(zhì)量分數(shù)為0.1 M的鹽酸溶液中以50°C~70°C酸煮0. 5~2. 5小 時。用蒸餾水水洗至中性，干燥，得到酸處理后的稻殼干餾物。
[0013] 將Na2CO3與酸處理后的稻殼干餾物按照質(zhì)量比（1~5):1的比例混合，研磨均勻， 置于管式爐中，在氮氣氣氛下于850~KKKTC下煅燒2~5小時。用蒸餾水將所得物反復(fù) 洗滌至除去Na+離子及SiO32為止，PH值為7-7. 5,干燥，即得鋰離子電池微孔碳負極材料。
[0014] 在其中一個實施例中，所述的制備微孔碳材料的原材料為稻殼。
[0015] 在其中一個實施例中，堿性活化劑為碳酸鈉。
[0016] 在其中一個實施例中，干餾溫度為450~650°C，時間為1~5個小時。
[0017] 在其中一個實施例中，酸處理溫度為50°C~70°C，時間為0. 5~2. 5小時。
[0018] 在其中一個實施例中，活化溫度為850~KKKTC，時間為2~5小時。
[0019] 上述方法利用農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼干餾，經(jīng)過酸處理，堿處理最終得到微孔碳負極材 料，原材料來源廣泛，實驗過程安全易實施，且最終產(chǎn)物為多孔結(jié)構(gòu)，易于電子的輸送與轉(zhuǎn) 移，是作為鋰離子電池負極的理想材料。
[0020]
【附圖說明】： 圖1為鋰離子電池微孔碳負極材料的制備流程圖 圖2為實施例1的微孔碳材料的掃描電子顯微鏡照片； 圖3為實施例1的微孔碳材料的透射電子顯微鏡照片； 圖4為實施例1的微孔碳材料的X射線衍射（XRD)圖譜； 圖5為實施例1的微孔碳材料的首次充放電曲線，圖中紅曲線為放電比容量曲線，黑 曲線為充電比容量曲線； 圖6為實施例1的微孔碳材料制成扣式電池后在恒流0.1 C條件下的循環(huán)性能圖譜， 圖中紅曲線為放電循環(huán)比容量曲線，黑曲線為充電循環(huán)比容量曲線。
[0021]
【具體實施方式】： 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具 體實施方式做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。 但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背 本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。
[0022] 請參閱圖1，一實施方式的鋰離子電池微孔碳負極材料的制備方法，包括如下步 驟： 步驟Sl，將農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼用蒸餾水清洗干凈，然后在氮氣氣氛下以450~650°C的溫 度煅燒1~5個小時，得到稻殼干餾物。
[0023] 步驟S2,將稻殼干餾物在質(zhì)量分數(shù)為10%~20%的鹽酸溶液中以50°C~70°C酸煮 0. 5~2. 5小時。用蒸餾水水洗至中性，干燥，得到酸處理后的稻殼干餾物。
[0024] 步驟S3,將Na2CO3與酸處理后的稻殼干餾物按照質(zhì)量比（1~5) :1的比例混合， 研磨均勻，置于管式爐中，在氮氣氣氛下于850~KKKTC下煅燒2~5小時。用蒸餾水將所 得物反復(fù)洗滌至除去Na+離子及SiO32為止，PH值為7-7. 5,干燥，即得鋰離子電池微孔炭 負極材料。
[0025] 例如，將Na2CO3和酸處理后的稻殼干餾物按質(zhì)量比（1~5) :1均勻混合，研磨后， 放入管式爐中，在氬氣氣氛下于850~KKKTC下煅燒2~5小時，出料經(jīng)過蒸餾水反復(fù)洗滌 至出去Na+離子及SiO32離子，干燥，得到鋰離子電池微孔碳負極材料?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式如 下：Na2C03+C/Si02 - Na2Si03+C02+C。
[0026] 上述方法具有如下優(yōu)點：①制備使用的原料為稻殼，鹽酸，碳酸鈉，蒸餾水，原料容 易獲取且后續(xù)產(chǎn)物容易處理。②所得鋰離子電池微孔炭負極材料為多孔結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定均 一，有利于電子轉(zhuǎn)移及傳輸，適合用于鋰離子負極材料。③該方法利用農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼干 餾，經(jīng)過酸處理，堿處理最終得到微孔炭負極材料，原材料來源廣泛，實驗過程安全易實施。 ④所得的鋰離子電池微孔碳負極材料的充放電比容量高，且循環(huán)性能好。
[0027] 以下結(jié)合具體實施例來進一步說明。
[0028] 實施例一 將農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼用蒸餾水洗凈，干燥，在管式爐氮氣氣氛下，500°C下干餾2小時。得 到稻殼干餾物。將所得稻殼干餾物放入0.1 M的鹽酸溶液中，在70°C下放置120分鐘，然后 用蒸餾水反復(fù)清洗，抽濾至濾液PH值為7~7. 5為止。干燥，得到酸處理后的稻殼干餾物。 按照質(zhì)量比1. 75 :1的比例，將碳酸鈉與酸處理后的稻殼干餾物混合，充分研磨后，放入管 式爐中，在氮氣氣氛下，900°C煅燒3個小時。出料經(jīng)蒸餾水充分洗滌，出去其中的Na+離子 及SiO32離子，抽濾，干燥得到鋰離子電池微孔碳負極材料。
[0029] 該鋰離子電池微孔碳負極材料的透射電鏡圖片、掃描電鏡圖片及X射線衍射圖譜 分別如圖2、圖3及圖4所示，有圖可知，該鋰離子電池負極材料為微孔碳結(jié)構(gòu)。
[0030] 為了測定該負極材料的電化學(xué)性能，將上述鋰離子電池負極材料、乙炔黑以及 PVDF (聚偏氟乙烯，質(zhì)量分數(shù)為8 %)按照質(zhì)量比70 :20 :10的比例在常溫下混合形成漿料， 機械攪拌6小時后將漿料均勻涂覆于銅箔襯底上，后將其放入真空干燥箱中，在120 °C下 干燥12小時，然后將銅箔沖制成面積為I cm2的圓形薄片以及純鋰片為電極，以lmol/L的 LiPF6/EC:DC+DMC (體積比1 :1 :1)作為電解液，以PP/