以红柳为碳源制备硬碳负极材料及高比容量锂离子电池的方法技术

本发明专利技术提供了一种以红柳为碳源制备硬碳负极材料及高比容量锂离子电池的方法，涉及新能源技术领域，以红柳枝为碳源，热分解得到硬碳负极材料，并以该硬碳负极材料来制备高比容量的锂离子电池。本发明专利技术的制备方法具有可再生、绿色、成本低且无污染等优点，为绿色新能源储能材料的制备和规模化生产提供了一种新的途径和有效的措施，本发明专利技术得到硬碳负极材料具有独特的初始放电比容量、循环稳定性和倍率性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
以红柳为碳源制备硬碳负极材料及高比容量锂离子电池的方法


[0001]本专利技术涉及新能源领域
，尤其是涉及一种以红柳为碳源制备硬碳负极材料及高比容量锂离子电池的方法。

技术介绍

[0002]为了满足现代社会的需要和解决正在出现的生态问题，寻找新的、低成本和无害环境的能源转换以及储存系统是当前该领域致力研究的热点和难点。
[0003]目前，石墨以充放电电压平台低，循环稳定性高和成本低等优点，被视为是目前LIBs应用较为理想的负极材料。然而，石墨粉由于较大的比表面积、各向异性、层间距较小和快速充放电导致的低功率密度、缓慢的能量输送和安全隐患等问题，阻碍了锂离子电池在储能中的发展。
[0004]生物质基硬碳材料由于其成本低、资源丰富、再生速度快以及环境友好等优点，在LIBs阳极材料中受到了广泛的关注。目前已被研究的生物质如稻壳、鸡蛋清、核桃壳、杏仁壳、柚子皮和秸秆等。肖等人以废弃的谷壳为原料，利用刻蚀法成功制备出生物质基碳材料。Jiang等人经过热处理法在苎麻和玉米芯中提取出3D的棒状结构和2D的碳纳米片应用于锂离子电池。Sun等已证明柚子皮基碳材料使用热处理方法在锂离子电池中经过200次循环后可逆容量稳定在452mAhg
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1。然而，制备生物质基硬碳材料除关键步骤外，随后的化学活化和物理活化也是电化学性能重要影响因素之一，正是因为合成过程的繁琐和成本昂贵，限制了硬碳材料在锂电储能材料领域的进一步发展。所以，通过生物质的直接碳化和简单后处理制备绿色、可循环以及高性能就显得尤为重要。<br/>[0005]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一在于提供一种硬碳负极材料的制备方法，为绿色新能源储能材料的制备和规模化生产提供了一种新途径。
[0007]本专利技术的目的之二在于提供一种硬碳负极材料，具有独特的初始放电比容量、循环稳定性和倍率性能。
[0008]本专利技术的目的之三在于提供一种包括所述硬碳负极材料的负极，具有与所述硬碳负极材料相同的优势。
[0009]本专利技术的目的之四在于提供一种所述负极的制备方法。
[0010]本专利技术的目的之五在于提供一种包括所述负极的锂离子电池。
[0011]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0012]第一方面，一种硬碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0013]以红柳枝为碳源，热分解得到硬碳负极材料。
[0014]进一步的，所述的制备方法包括如下步骤：
[0015]将红柳枝依次进行一次退火处理、粉碎过筛处理以及二次退火处理，之后再进行酸浸泡处理和除酸处理，得到硬碳负极材料。
[0016]进一步的，所述一次退火处理升温的速率为1～3℃/min；
[0017]进一步优选的，所述一次退火处理升温的温度为350～450℃；
[0018]进一步的，所述一次退火处理保温的温度为350～450℃；
[0019]进一步优选的，所述一次退火处理保温的时间为1～3h。
[0020]进一步的，所述二次退火处理升温的速率为1～3℃/min；
[0021]进一步优选的，所述二次退火处理升温的温度为500～800℃；
[0022]优选的，所述二次退火处理保温的温度为500～800℃；
[0023]进一步优选的，所述二次退火处理保温的时间为1～3h。
[0024]进一步的，所述酸浸泡处理的温度为60～80℃；
[0025]优选的，所述酸浸泡处理的时间＞5h；
[0026]进一步优选的，所述酸浸泡处理的酸液浓度为0.08～0.1mol/L，优选0.1mol/L；
[0027]优选的，所述酸浸泡处理的酸包括盐酸和氢氟酸中的至少一种。
[0028]进一步的，所述制备方法包括如下步骤：
[0029](a)清洗:用极性液体超声清洗长度＜10cm的红柳枝数次，干燥，得到清洗后的红柳枝；
[0030](b)一次退火处理:将步骤(a)得到的清洗后的红柳枝在惰性气体的氛围中以升温速率1～3℃/min升温至350～450℃，在350～450℃下保温1～3h，得到一次退火处理后的红柳枝；
[0031](c)粉碎过筛处理:将步骤(b)得到的一次退火处理后的红柳枝与球磨珠按质量比1:7～15混合得到混合物，加有机溶剂盖过混合物表面，粉碎的转速200～400rpm，粉碎的时间＞70h，过筛，得到炭化红柳枝粉末；
[0032](d)二次退火处理:将步骤(c)得到的炭化红柳枝粉末置于惰性气体氛围中以1～3℃/min升温的速率升温至500～800℃，在500～800℃下保温1～3h，得到二次退火处理后的炭化红柳枝粉末；
[0033](e)酸浸泡处理:
[0034]将步骤(d)得到的二次退火处理后的炭化红柳枝粉末浸入到0.1mol/L的盐酸溶液中，再置于60～80℃温度下搅拌＞5h，得到酸浸泡后的炭化红柳枝粉末；
[0035](f)除酸处理:
[0036]将步骤(e)得到的酸浸泡后的炭化红柳枝粉末用乙醇和/或水超声清洗除酸，再离心除酸，其中，除酸处理循环的次数＞4次，使其pH＞6，最后干燥＞8h，得到硬碳负极材料。
[0037]第二方面，一种由所述制备方法制备得到的硬碳负极材料。
[0038]第三方面，一种包括所述硬碳负极材料的负极。
[0039]第四方面，一种所述负极的制备方法，包括以下步骤：
[0040]将所述硬碳负极材料与导电剂、粘结剂混合，再滴加溶剂，将其磨至糊状液体，再涂敷于圆片上，干燥，压片，得到负极；
[0041]进一步的，所述硬碳负极材料与导电剂、粘结剂混合的质量比为8:1:1；
[0042]优选的，所述溶剂包括N
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甲基吡咯烷酮；
[0043]进一步优选的，所述导电剂包括Super P；
[0044]优选的，所述粘结剂包括PVDF。
[0045]第五方面，一种包括所述负极的锂离子电池。
[0046]与已有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0047]本专利技术提供的硬碳负极材料的制备方法，以生物质资源红柳枝为碳源，经过热处理获得硬碳负极材料，因此该方法具有可再生、绿色、成本低且无污染等优点，为绿色新能源储能材料的制备和规模化生产提供了一种新的途径和有效的措施。
[0048]本专利技术提供的硬碳负极材料，具有独特的初始放电比容量、循环稳定性和倍率性能。
[0049]本专利技术提供的负极，具有与上述硬碳负极材料相同的优势，在此不再赘述。
[0050]本专利技术提供的负极的制备方法，具有与上述硬碳负极材料制备方法相同的优势，在此不再赘述。
[0051]本专利技术提供的锂离子电池，具有与上述硬碳负极材料相同的优势，在此不再赘述。
附图说明
[0052]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：以红柳枝为碳源，热分解得到硬碳负极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将红柳枝依次进行一次退火处理、粉碎过筛处理以及二次退火处理，之后再进行酸浸泡处理和除酸处理，得到硬碳负极材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述一次退火处理升温的速率为1～3℃/min；优选的，所述一次退火处理升温的温度为350～450℃；优选的，所述一次退火处理保温的温度为350～450℃；优选的，所述一次退火处理保温的时间为1～3h。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述二次退火处理升温的速率为1～3℃/min；优选的，所述二次退火处理升温的温度为500～800℃；优选的，所述二次退火处理保温的温度为500～800℃；优选的，所述二次退火处理保温的时间为1～3h。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述酸浸泡处理的温度为60～80℃；优选的，所述酸浸泡处理的时间＞5h；优选的，所述酸浸泡处理的酸液浓度为0.08
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0.1mol/L，优选0.1mol/L；优选的，所述酸浸泡处理的酸液包括盐酸和氢氟酸中的至少一种。6.根据权利要求1
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5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(a)清洗:用极性液体超声清洗长度＜10cm的红柳枝数次，干燥，得到清洗后的红柳枝；(b)一次退火处理:将步骤(a)得到的清洗后的红柳枝在惰性气体的氛围中以升温速率1～3℃/min升温至350～450℃，在350～450℃下保温1～3h，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：李进，苏少鹏，张佃平，李严，康少付，瞿立，
申请(专利权)人：宁夏大学，
类型：发明
国别省市：