生物质硬碳复合材料的制备方法、生物质硬碳复合材料和应用技术

本发明专利技术公开了一种生物质硬碳复合材料的制备方法、生物质硬碳复合材料和应用。生物质硬碳复合材料的制备方法包括如下步骤：提供生物质原料；将所述生物质原料和交联剂混合均匀后，在保护气体气氛下300℃～500℃烧结1h～6h，得到中间品；将所述中间品浸泡在锂盐溶液中，并真空浸泡12h～36h，接着在所述保护气体气氛下900℃～1200℃烧结1h～6h，之后降温到500℃～800℃并通入氟气进行氟化1h～3h，得到所需要的生物质硬碳复合材料。结合测试例，这种生物质硬碳复合材料的制备方法制得的生物质硬碳复合材料的比容量、首次效率、循环和倍率性能均具有明显提升。率性能均具有明显提升。率性能均具有明显提升。

【技术实现步骤摘要】
生物质硬碳复合材料的制备方法、生物质硬碳复合材料和应用


[0001]本专利技术涉及二次电池领域，尤其是涉及一种生物质硬碳复合材料的制备方法、生物质硬碳复合材料和应用。

技术介绍

[0002]硬碳材料以其大的层间距、低的膨胀及其高的比表面积，而应用于锂离子电池或钠离子电池改善低温性能及其膨胀。而生物质材料作为硬碳材料的前驱体具有比容量高、材料来源广泛成本低，具有丰富的活性位点，提升材料与电解液的接触面积，降低首次效率。
[0003]改善硬碳材料的首次效率方法很多，比如杂原子掺杂降低阻抗提升硬碳材料的首次效率，但是会造成硬碳材料的比容量下降；表面包覆可以减少硬碳材料表面缺陷，降低不可逆容量，提升首次效率，但是包覆后减少硬碳材料表面的孔洞降低锂离子的嵌脱速率，降低了倍率性能。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要提供一种可以解决上述问题的生物质硬碳复合材料的制备方法。
[0005]此外，还有必要提供一种上述生物质硬碳复合材料的制备方法制备的生物质硬碳复合材料以及该生物质硬碳复合材料的应用。
[0006]一种的生物质硬碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]提供生物质原料；
[0008]将所述生物质原料和交联剂混合均匀后，在保护气体气氛下300℃～500℃烧结1h～6h，得到中间品，其中，所述生物质原料和所述交联剂的质量比为100：10～30；
[0009]将所述中间品浸泡在锂盐溶液中，并真空浸泡12h～36h，接着在所述保护气体气氛下900℃～1200℃烧结1h～6h，之后降温到500℃～800℃并通入氟气进行氟化1h～3h，得到所需要的生物质硬碳复合材料，其中，所述中间品和所述锂盐溶液的溶质的质量比为100：5～20。
[0010]在一个实施例中，还包括在所述提供生物质原料的操作之后，在将所述生物质原料和交联剂混合均匀后的操作之前，进行如下操作：对所述生物质材料进行红外干燥，其中，所述红外干燥的波长1μm～2μm，所述红外干燥的处理温度为80℃～100℃，所述红外干燥的处理时间5min～15min。
[0011]在一个实施例中，所述生物质原料呈粉末状，所述生物质原料为椰壳、木质素、淀粉、秸秆、核桃壳、马铃薯和小麦中的一种。
[0012]在一个实施例中，所述交联剂为环氧氯丙烷、磷酸和磷酸氢二铵中的一种。
[0013]在一个实施例中，所述真空浸泡的真空度为
‑
0.09Mpa。
[0014]在一个实施例中，所述锂盐溶液的浓度为0.5wt％～3wt％；
[0015]所述锂盐溶液的溶质为磷基锂盐。
[0016]在一个实施例中，所述磷基锂盐为磷酸锂和磷酸二氢锂中的一种。
[0017]在一个实施例中，所述保护气体气氛为氮气气氛、氦气气氛、氖气气氛、氩气气氛、氪气气氛或氙气气氛。
[0018]一种生物质硬碳复合材料，由上述的生物质硬碳复合材料的制备方法制备得到。
[0019]上述的生物质硬碳复合材料在二次电池负极材料领域的应用。
[0020]这种生物质硬碳复合材料的制备方法中，通过生物质原料和交联剂进行交联反应在制备的生物质硬碳复合材料内部形成孔洞，提升了生物质硬碳复合材料的离子储存量，提升了生物质硬碳复合材料的比容量；同时采用红外干燥生物质原料不破坏材料的内部结构，同样也可以提升材料的储钠/储锂数量；此外，中间品在锂盐溶液中真空浸泡以及后续的烧结和碳化操作，减少了制得的生物质硬碳复合材料表面的缺陷，提升了生物质硬碳复合材料的首次效率，同时生物质硬碳复合材料表面包覆的锂盐为充放电过程中提供充足的锂离子，改善了生物质硬碳复合材料的循环和倍率性能。
[0021]结合测试例，这种生物质硬碳复合材料的制备方法制得的生物质硬碳复合材料的比容量、首次效率、循环和倍率性能均具有明显提升。
[0022]此外，表面氟化可以形成C
‑
F化学键，提升了生物质硬碳复合材料的结构稳定性和循环性能。
[0023]本专利技术中，锂盐优选磷基锂盐，一方面磷基锂盐自身含有的锂离子可以提升充放电过程中磷基锂盐的浓度改善倍率和循环性能；另一方面，磷酸锂盐中的磷在碳化后可以在生物质硬碳复合材料的外壳形成孔洞，从而可以提升生物质硬碳复合材料外壳的储锂/储钠数量，并提高生物质硬碳复合材料的比容量。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]其中：
[0026]图1为一实施方式的生物质硬碳复合材料的制备方法的流程图。
[0027]图2为实施例1制得的生物质硬碳复合材料的SEM图。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]结合图1，本专利技术公开了一实施方式的生物质硬碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0030]S10、提供生物质原料。
[0031]本实施方式中，生物质原料呈粉末状，生物质原料为椰壳、木质素、淀粉、秸秆、核桃壳、马铃薯和小麦中的一种。
[0032]对于提供的生物质原料不是粉末的情况，需要将其粉碎。
[0033]优选的，S10还包括在提供生物质原料的操作之后进行如下操作：对生物质材料进行红外干燥。
[0034]对生物质材料进行红外干燥的操作中，红外干燥的波长1μm～2μm，红外干燥的处理温度为80℃～100℃，红外干燥的处理时间5min～15min。
[0035]S20、将S10得到的生物质原料和交联剂混合均匀后，在保护气体气氛下300℃～500℃烧结1h～6h，得到中间品。
[0036]其中，生物质原料和交联剂的质量比为100：10～30。
[0037]通过生物质原料和交联剂进行交联反应在制备的生物质硬碳复合材料内部形成孔洞，提升了生物质硬碳复合材料的离子储存量，提升了生物质硬碳复合材料的比容量。
[0038]优选的，本实施方式中，交联剂为环氧氯丙烷、磷酸和磷酸氢二铵中的一种。
[0039]优选的，本实施方式中，保护气体气氛为氮气气氛、氦气气氛、氖气气氛、氩气气氛、氪气气氛或氙气气氛。
[0040]S30、将S20得到的中间品浸泡在锂盐溶液中，并真空浸泡12h～36h，接着在保护气体气氛下900℃～1200℃烧结1h～6h，之后降温到500℃～800℃并通入氟气进行氟化1h～3h，得到所需要的生物质硬碳复合材料。
[0041]其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种的生物质硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：提供生物质原料；将所述生物质原料和交联剂混合均匀后，在保护气体气氛下300℃～500℃烧结1h～6h，得到中间品，其中，所述生物质原料和所述交联剂的质量比为100：10～30；将所述中间品浸泡在锂盐溶液中，并真空浸泡12h～36h，接着在所述保护气体气氛下900℃～1200℃烧结1h～6h，之后降温到500℃～800℃并通入氟气进行氟化1h～3h，得到所需要的生物质硬碳复合材料，其中，所述中间品和所述锂盐溶液的溶质的质量比为100：5～20。2.根据权利要求1所述的生物质硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，还包括在所述提供生物质原料的操作之后，在将所述生物质原料和交联剂混合均匀后的操作之前，进行如下操作：对所述生物质材料进行红外干燥，其中，所述红外干燥的波长1μm～2μm，所述红外干燥的处理温度为80℃～100℃，所述红外干燥的处理时间5min～15min。3.根据权利要求1或2所述的生物质硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述生物质原料呈粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁金，梁慧宇，
申请(专利权)人：深圳市金牌新能源科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：