一种离子电池负极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及电极材料制备技术领域，具体公开一种离子电池负极材料及其制备方法和应用。所述离子电池负极材料的制备方法为：将生物质材料和添加剂混合后，加入去离子水中搅拌均匀，再进行干燥，得到干固物；将所述干固物在惰性气体气氛中升温至800‑1200℃进行烧结，得到所述离子电池负极材料；所述添加剂包括糖类化合物和金属化合物。本发明专利技术制备得到的离子电池负极材料有效避免了在长期充放电过程中因体积变化而导致的寿命较差的情况，并兼具高离子储量的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种离子电池负极材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及电极材料制备
，尤其涉及一种离子电池负极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池作为重要的电化学储能器件具有高能量密度、长循环寿命和无记忆效应等特点，被广泛应用到了数字化产品、电动汽车以及智能电网中。但是随着各种新型电子器件的出现以及新能源汽车的蓬勃发展和市场需求的持续增大，锂离子电池所需的锂资源出现严重的紧缺，随之带来的是高昂的电池成本，很大程度上制约了离子电池的大规模生产及使用。因此，寻找代替锂离子电池的新型的能源储存器件具有重要意义。目前锂离子电池的成熟应用已到达瓶颈，锂离子电池的高成本对其进一步发展也是一个很严峻的挑战。土壤中含有丰富的金属离子，多数离子电池的研究开始注重使用土壤中含量丰富的金属离子，例如钾离子和钠离子。钾离子电池是目前研究中最理想的选择，但是钾离子的半径体积很大，在钾离子电池的充放电过程中由于钾离子的不断嵌入和脱嵌，会造成负极材料膨胀，进而导致钾离子电池出现循环寿命差、容量衰减快的缺陷。
技术实现思路
针对现有钾离子电池的负极材料在钾离子的不断嵌入和脱嵌过程中，易膨胀和变形并造成钾离子电池出现循环寿命差、容量衰减快的问题，本专利技术提供一种离子电池负极材料及其制备方法和应用。为达到上述专利技术目的，本专利技术实施例采用了如下的技术方案：一种离子电池负极材料的制备方法，将生物质材料和添加剂混合后，加入去离子水中搅拌均匀，再进行干燥，得到干固物；将所述干固物在惰性气体气氛中升温至800-1200℃进行烧结，得到所述离子电池负极材料；所述添加剂包括糖类化合物和金属化合物。相对于现有技术，本专利技术提供的离子电池负极材料的制备方法操作简单、原料易得、成本低，且整个制备过程无需进行强酸、强碱或其它处理液的清洗和刻蚀，制备过程安全性高。本专利技术将生物质材料与特定的添加剂在水中充分混合干燥后，在特定温度下进行烧结可以得到具有特殊的多孔薄壁状结构的离子电池负极材料，该多孔薄壁状结构的离子电池负极材料可以有效抑制离子电池负极材料中的离子在嵌入和脱嵌过程中造成的体积膨胀，有效避免了负极材料在长期充放电过程中因体积变化而导致的循环寿命较差的情况，并有效增加了其与电解质的接触面积，增加了反应的活性位点，有利于电池电化学性能的提升。同时上述添加剂与生物质材料的结合形成的负极材料可显著提升离子或电子的传输速度、提高离子储量，有效解决了离子电池容量低的问题。优选的，所述生物质材料为奶茶粉、果蔬粉、谷物粉、秸秆粉和木屑中的至少一种。优选的，所述生物质材料与所述添加剂的质量比为10:1-5。优选的，所述生物质材料与所述去离子水的质量比为1:10-20。优选的，所述去离子水的温度为25-45℃。优选的，所述搅拌转速为100-200r/min、时间为1-3h。优选的，所述干燥温度为60-90℃、时间为20-30h。优选的，将所述干固物研磨至粒径≤100μm后再进行所述烧结。将所述干固物研磨至粒径≤100μm后再进行所述烧结可进一步提升所得到的负极材料的结构的均匀性。优选的，所述惰性气体为氩气或氮气。优选的，所述烧结时间为1-5h。优选的，所述添加剂还包括二氧化硅，所述二氧化硅的加入量相当于所述糖类化合物质量的1-10％；二氧化硅能够进一步增加负极材料的离子储量。优选的，所述糖类化合物和所述金属化合物的质量比为1-5:1。优选的，所述糖类化合物为葡萄糖和蔗糖中的至少一种；所述金属化合物为碱金属化合物。优选的，所述碱金属化合物为碱金属盐或碱金属氧化物，所述碱金属盐可选用柠檬酸钠和磷酸氢二钾，所述碱金属氧化物可选用氧化镁。上述优选的添加剂的组合，可进一步提升负极材料的使用寿命可电池容量。本专利技术还提供所述子电池负极材料的制备方法制备得到的离子电池负极材料。本专利技术还提供了该电池负极材料在作为钾离子负极材料中的应用。附图说明图1是本专利技术实施例1得到的离子电池负极材料的SEM形貌表征图；图2是本专利技术实施例1得到的离子电池负极材料的XRD物相表征图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1一种离子电池负极材料的制备方法，向5g椰子粉中加入1g的葡萄糖、0.5g的磷酸氢二钾和0.05g的二氧化硅，混合后置于75g温度为35℃的去离子水中，150r/min搅拌2h，将溶液放入干燥箱中80℃中烘干24h得到干固物，将干固物研磨粉碎至其粒径≤100μm，得到白色粉末；将白色粉末放入刚玉舟中在管式烧结炉中通Ar保护气氛烧结，烧结温度为1000℃，烧结时间为3h，得到离子电池负极材料。对该离子电池负极材料进行扫描电镜观察，得到的SEM形貌表征如图1所示；对该离子电池负极材料进行X射线衍射分析，得到的XRD物相表征图如图2所示。将该离子电池负极材料转移到玛瑙研钵中研末至颗粒均匀细化后直接用于钾离子电池中。对该钾离子电池电化学性能进行检测，检测结果如表1所示。表1圈数放电比容量(mAh·g-1)1st152.12nd125.610th125.150th124.7100th120.4200th118.6由表1可知，本实施例得到的钾离子电池在充放电进行了200圈之后，容量保持率对比首圈为78.0％，并且在50圈之后容量保持率基本稳定，说明其循环寿命良好。实施例2一种离子电池负极材料的制备方法，向5g甘蔗粉中加入0.5g的蔗糖、0.5g的柠檬酸钠和0.05g的二氧化硅，混合后置于50g温度为25℃的去离子水中，100r/min搅拌1h，将溶液放入干燥箱中60℃中烘干20h得到干固物，将干固物研磨粉碎至其粒径≤100μm，得到粉末；将粉末放入刚玉舟中在管式烧结炉中通氮气保护气氛烧结，烧结温度为800℃，烧结时间为1h，得到离子电池负极材料。将该离子电池负极材料转移到玛瑙研钵中研末至颗粒均匀细化后直接用于钾离子电池中。对该钾离子电池电化学性能进行检测，检测结果如表2所示。表2圈数放电比容量(mAh·g-1)1st150.72nd128.910th125.350th122.8100th119.5200th117.2由表2可知，本实施例得到的钾离子电池在充放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：将生物质材料和添加剂混合后，加入去离子水中搅拌均匀，再进行干燥，得到干固物；将所述干固物在惰性气体气氛中升温至800-1200℃进行烧结，得到所述离子电池负极材料；/n所述添加剂包括糖类化合物和金属化合物。/n

【技术特征摘要】
1.一种离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：将生物质材料和添加剂混合后，加入去离子水中搅拌均匀，再进行干燥，得到干固物；将所述干固物在惰性气体气氛中升温至800-1200℃进行烧结，得到所述离子电池负极材料；
所述添加剂包括糖类化合物和金属化合物。


2.如权利要求1所述的离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述生物质材料为奶茶粉、果蔬粉、谷物粉、秸秆粉和木屑中的至少一种；和/或
所述生物质材料与所述添加剂的质量比为10:1-5；和/或
所述生物质材料与所述去离子水的质量比为1:10-20。


3.如权利要求1所述的离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述去离子水的温度为25-45℃；和/或
所述搅拌转速为100-200r/min、时间为1-3h；和/或
所述干燥温度为60-90℃。


4.如权利要求1所述的离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：将所述干固物研磨至粒径≤100μ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张迪，孙世超，王波，孙会兰，王秋君，李文，李昭进，
申请(专利权)人：湖南大昊科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43