储能器件负极的制备方法、储能器件负极、储能器件、储能系统、用电设备技术方案

本发明专利技术涉及新能源领域，具体而言，提供了一种储能器件负极的制备方法、储能器件负极、储能器件、储能系统、用电设备。所述储能器件负极的制备方法包括以下步骤：将干燥的复合有含硫元素的盐的纸在惰性气氛下加热预处理产生含硫气体，然后再进一步加热实现纸的碳化和硫的掺杂，得到储能器件负极。该方法工艺简单、成本低廉、适合工业化生产，该方法使得储能器件负极的结构均匀稳定、活性高、自重低，从而有利于提高储能器件的比容量、能量密度和循环性能。

The preparation method of negative electrode of energy storage device, negative electrode of energy storage device, energy storage device, energy storage system and electrical equipment

The invention relates to the field of new energy, in particular to a preparation method of an energy storage device negative pole, an energy storage device negative pole, an energy storage device, an energy storage system and an electric equipment. The preparation method of the negative electrode of the energy storage device includes the following steps: heating the dry paper with salt containing sulfur element in inert atmosphere to produce sulfur-containing gas, then further heating to realize carbonization and sulfur doping of the paper, and obtaining the negative electrode of the energy storage device. The process is simple, low cost and suitable for industrial production. This method makes the negative pole structure of energy storage device uniform and stable, high activity and low self-weight, which is conducive to improving the specific capacity, energy density and cycle performance of energy storage device.

【技术实现步骤摘要】
储能器件负极的制备方法、储能器件负极、储能器件、储能系统、用电设备
本专利技术涉及新能源领域，具体而言，涉及一种储能器件负极的制备方法、储能器件负极、储能器件、储能系统、用电设备。
技术介绍
能源的日趋缺乏及地球生态环境的严重变化正逐步成为阻碍人类文明发展的两大障碍，开辟新的能源以及研究和开发新型无污染的节能材料和能量贮存与转换材料已成为当务之急。随着能源需求的增加、电子市场和电动车市场的不断发展，锂离子电池由于其安全、环保、高比能量和良好的电化学性能等优越的性能受到了人们的青睐。金属锂可用作锂离子电池的负极，但是锂的熔点低、对空气敏感、极易被氧化，而且锂负极会形成锂枝晶，形成“死锂”或造成电池内部短路等，这些缺陷限制了锂负极的应用。目前应用较多的为碳负极材料，商业使用的碳素负极材料虽然压实密度高，价格也比较便宜，但是由于颗粒大小不一、表面缺陷较多、与电解液的相容性比较差、副反应比较多，造成其容量发挥不稳定，且在制备极片的过程中需要加入粘结剂和金属集流体，会降低电池的能量密度。因此，如何提高碳负极材料的均匀性，同时避免使用粘结剂和金属集流体，提高电池的能量密度成为研究的重点。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种储能器件负极的制备方法，该方法工艺简单、成本低廉、适合工业化生产，该方法使得储能器件负极的结构均匀稳定、活性高、自重低，从而有利于提高储能器件的比容量、能量密度和循环性能。本专利技术的第二目的在于提供一种采用上述储能器件负极的制备方法制备得到的储能器件负极，该负极具有材料均匀、活性高和结构稳定的优点，因而有助于提高储能器件的能量密度和循环性能。本专利技术的第三目的在于提供一种储能器件，该储能器件包括采用上述储能器件负极的制备方法制备得到的储能器件负极，具有能量密度高、比电容高和循环性能好的优点。本专利技术的第四目的在于提供一种储能系统，该储能系统包括上述储能器件，因而至少具有与上述储能器件相同的优势，具有能量密度高、比电容高和循环性能好的优点。本专利技术的第五目的在于提供一种用电设备，该用电设备包括上述储能器件，因而至少具有与上述储能器件相同的优势，具有能量密度高、比电容高和循环性能好的优点。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种储能器件负极的制备方法，包括以下步骤：将干燥的复合有含硫元素的盐的纸在惰性气氛下加热预处理产生含硫气体，然后再进一步加热实现纸的碳化和硫的掺杂，得到储能器件负极。作为进一步优选地技术方案，所述含硫元素的盐包括硫的金属盐；优选地，所述硫的金属盐包括金属硫酸盐；优选地，所述金属硫酸盐包括硫酸氢钠、焦硫酸钠、焦亚硫酸钠、硫酸氢钾、焦硫酸钾或焦亚硫酸钾中的至少一种。作为进一步优选地技术方案，纸包括宣纸、滤纸、打印纸或蜂窝纸中的至少一种。作为进一步优选地技术方案，干燥的复合有含硫元素的盐的纸采用以下步骤制备：将纸浸泡在含硫元素的盐溶液中，然后干燥；优选地，所述含硫元素的盐溶液的浓度为1-10wt.％。作为进一步优选地技术方案，加热预处理的温度为150-250℃；优选地，加热预处理的时间为3-7h；优选地，进一步加热的温度为800-1000℃；优选地，进一步加热的时间为2-5h；优选地，加热预处理的升温速率或进一步加热的升温速率为2-7℃/min。作为进一步优选地技术方案，在进一步加热之后还包括清洗和干燥的步骤，最后得到储能器件负极；优选地，所述制备方法包括以下步骤：(a)将纸浸泡在含硫元素的盐溶液中，然后干燥；(b)将步骤(a)得到的干燥的复合有含硫元素的盐的纸在惰性气氛下于150-250℃的温度下加热预处理3-7h；(c)在800-1000℃的温度下进一步加热2-5h；(d)对步骤(c)得到的碳化产物清洗和干燥，得到储能器件负极。第二方面，本专利技术提供了一种采用上述储能器件负极的制备方法制备得到的储能器件负极。第三方面，本专利技术提供了一种储能器件，包括采用上述储能器件负极的制备方法制备得到的储能器件负极。第四方面，本专利技术提供了一种储能系统，包括上述储能器件。第五方面，本专利技术提供了一种用电设备，包括上述储能器件。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的储能器件负极的制备方法工艺简单、成本低廉、适合工业化生产，通过对复合有含硫元素的盐的纸进行两次加热从而实现硫在碳中的均匀稳定掺杂，形成硫掺杂的多孔碳纤维网络材料，该材料即为储能器件负极，该负极不含金属集流体和粘结剂，降低了自身重量，其本身即具有良好的粘结性和导电性，应用到储能器件中能够提高电池的比容量和能量密度；另外由于该负极为硫掺杂的碳材料，因而在金属离子的嵌入和脱出过程中的体积效应小，电极结构稳定，因而有助于提高储能器件的循环寿命。具体的，以复合有含硫元素的盐的纸同时作为碳源和硫源，在加热预处理过程中一部分含硫元素的盐会分解产生含硫气体；在进一步加热过程中，会发生剩余含硫元素的盐的熔融、纸的碳化和硫的掺杂，上述含硫气体即可掺杂到纸碳化后形成的多孔碳纤维网络中，由于含硫元素的盐会熔融形成熔体，因此能够保持碳纤维的完整形貌、保证掺杂的均匀性，提高电极材料的活性，有利于提高储能器件的能量密度。采用上述储能器件负极的制备方法制备得到的储能器件负极具有材料均匀、活性高和结构稳定的优点，因而有助于提高储能器件的能量密度和循环性能。本专利技术提供的储能器件包括采用上述储能器件负极的制备方法制备得到的储能器件负极，具有能量密度高、比电容高和循环性能好的优点。本专利技术提供的储能系统包括上述储能器件，因而至少具有与上述储能器件相同的优势，具有能量密度高、比电容高和循环性能好的优点。本专利技术提供的用电设备包括上述储能器件，因而至少具有与上述储能器件相同的优势，具有能量密度高、比电容高和循环性能好的优点，该用电设备在电量相同的情况下，能够有效降低其自身重量，因而更加轻便节能，并且一次充电后使用时间更长，不用经常对其进行充电，使用更加便捷、使用寿命更长。附图说明图1为本专利技术实施例9制备得到的储能器件负极的扫描电镜图；图2为本专利技术实施例9制备得到的储能器件负极的EDX元素分布扫描图；图3为采用本专利技术实施例9制备得到的储能器件负极制成的电池的循环性能图。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。需要说明的是：本专利技术中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方法可以相互组合形成新的技术方案。本专利技术中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。本专利技术中，如果没有特别的说明，百分数(％)或者份指的是相对于组合物的重量百分数或重量份。本专利技术中，如果没有特别的说明，所涉及的各组分或其优选组分可以相互组合形成新的技术方案。本专利技术中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“150-250”表示本文中已经全部列出了“150-250”之间的全部实数，“150-250”只是这些数值组合的缩略表示。本专利技术所公开的“范围”以下限和上限的形式，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种储能器件负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将干燥的复合有含硫元素的盐的纸在惰性气氛下加热预处理产生含硫气体，然后再进一步加热实现纸的碳化和硫的掺杂，得到储能器件负极。

【技术特征摘要】
1.一种储能器件负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将干燥的复合有含硫元素的盐的纸在惰性气氛下加热预处理产生含硫气体，然后再进一步加热实现纸的碳化和硫的掺杂，得到储能器件负极。2.根据权利要求1所述的储能器件负极的制备方法，其特征在于，所述含硫元素的盐包括硫的金属盐；优选地，所述硫的金属盐包括金属硫酸盐；优选地，所述金属硫酸盐包括硫酸氢钠、焦硫酸钠、焦亚硫酸钠、硫酸氢钾、焦硫酸钾或焦亚硫酸钾中的至少一种。3.根据权利要求1所述的储能器件负极的制备方法，其特征在于，纸包括宣纸、滤纸、打印纸或蜂窝纸中的至少一种。4.根据权利要求1所述的储能器件负极的制备方法，其特征在于，干燥的复合有含硫元素的盐的纸采用以下步骤制备：将纸浸泡在含硫元素的盐溶液中，然后干燥；优选地，所述含硫元素的盐溶液的浓度为1-10wt.％。5.根据权利要求1所述的储能器件负极的制备方法，其特征在于，加热预处理的温度为150-250℃；优选地，加热预处理的时间为3-7h；优选地，进一步加热的温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜祥军，杨幸，彭灿，吴剑，
申请(专利权)人：清远佳致新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44