一种竹基钠离子电池用硬炭负极材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种竹基钠离子电池用硬炭负极材料的制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：对竹粉依次进行灭菌

【技术实现步骤摘要】
一种竹基钠离子电池用硬炭负极材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及负极材料领域，特别涉及钠离子电池负极材料领域，具体涉及一种竹基钠离子电池用硬炭负极材料及其制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]随着电动汽车和电子设备的快速发展，人们对电池性能的需求越来越高，锂离子电池受限于石墨理论储锂容量
(372mAh/g)
与地球锂储量的影响，无法满足未来需求
。
位于同一主族元素的钠离子受到广泛关注，钠元素储量大，分布遍布全球各地，使得钠电的主体材料价格远低于锂电
。
但是由于钠离子半径较大，石墨的层间距较小，钠离子在石墨电极多次脱嵌后，会导致结构崩塌，循环性能急剧下降，故石墨不适用于做钠离子电池负极材料
。
硬炭材料内部晶体排布杂乱无序，孔隙更多，且石墨片层间
、
封闭微孔
、
表面和缺陷位点都能储钠，所以容量较高，是一种理想的钠离子电池负极材料
。
[0003]以生物质制备硬炭材料，具有前驱体品种丰富
、
可持续使用
、
低成本等特点
。
尤其是我国竹材资源十分丰富
、
易于再生以及拥有较为完备的竹产业链，是一种较为理想的钠离子电池硬炭负极材料原料
。
但是现有的竹基硬炭负极材料制备方法较为复杂，除了炭化过程外，往往还需要利用额外的化学改性等预处理过程来提高其电化学性能指标，比如将新鲜竹材用酸或碱溶液预处理后煅烧，再用酸或碱溶液再次处理，或者将竹材和金属盐或金属化合物掺杂煅烧处理，材料处理方式较为繁琐，还可能会引入新的杂质，在一定程度上会增加大规模生产应用的成本和造成环境污染
。
[0004]而且，并不是应用在锂电池上技术效果较好的硬炭负极材料应用在钠离子电池上可以取得同样的技术效果，现有方法制备出来的竹基硬炭负极材料应用于钠离子电池中仍然存在首次库伦效率较低
、
容量低等问题
。
因此，亟需一种简单
、
经济
、
绿色环保的预处理改性方式来改善竹基生物质硬炭负极材料的电化学性能，获得高性能钠离子电池负极材料
。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有优异的电化学性能和循环稳定性的钠离子电池用硬炭负极材料，还相应提供一种原料来源丰富
、
环保可再生
、
工艺过程简单
、
成本低
、
可大规模工业化生产的钠离子电池硬炭负极材料的制备方法及应用
。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种竹基钠离子电池用硬炭负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1、
将竹材粉末进行灭菌处理，得到灭菌粉末；
[0009]S2、
将培养好的真菌孢子悬浮液接种到灭菌粉末中进行真菌侵蚀处理，利用真菌生长调节竹材的孔隙结构，得到真菌侵蚀后竹粉；
[0010]S3、
将真菌侵蚀后竹粉置于保护气氛中煅烧，得到硬炭前驱体；
[0011]S4、
将硬炭前驱体粉用酸溶液洗涤，再水洗至中性，干燥，得到硬炭负极材料
。
[0012]作为对以上技术方案的进一步改进：
[0013]所述竹材粉末在灭菌处理之前，还包括粉碎过筛处理，所述过筛时的目数为
40
～
1000
目
。
[0014]所述步骤
S2
中，所述真菌孢子悬浮液中的真菌为霉菌或酵母菌中的一种或多种
。
[0015]优选地，所述霉菌为白腐菌
、
黄曲霉
、
毛壳菌
、
黑曲霉菌
、
青霉菌
、
绿木霉
、
节菱孢
、
弯角镰孢中的一种或多种
。
[0016]优选地，所述步骤
S2
中，所述真菌孢子悬浮液和灭菌粉末的体积质量比为：3μ
L
：
1g
‑
700
μ
L
：
1g。
优选地，真菌孢子悬浮液和灭菌粉末的体积质量比为：
50
μ
L
：
1g
‑
500
μ
L
：
1g。
[0017]所述步骤
S2
中，所述真菌侵蚀的环境为恒温恒湿环境
。
[0018]优选地，所述恒温恒湿环境指的是温度在
20
‑
30℃
之间，湿度在
70
％
‑
90
％之间
。
[0019]所述步骤
S2
中，所述真菌侵蚀的时间为
0.5
～
30
天
。
[0020]优选地，所述真菌侵蚀的时间为
10
～
20
天
。
[0021]所述步骤
S3
中，所述保护气氛为惰性气体和
/
或氮气，所述煅烧包括以下步骤：先升温至
300
～
500℃
温度下锻烧1～
4h
，再升温至
800
～
1700℃
锻烧1～
4h。
[0022]优选地，每一次所述煅烧的升温速率为2‑
10℃/min。
[0023]所述步骤
S4
中，所述酸溶液为盐酸
、
硝酸和硫酸中一种或多种，所述酸溶液的浓度为
0.1
～
2M/L
，所述酸溶液洗涤时间为1～
48h。
[0024]优选地，所述酸溶液洗涤时间为3～
9h。
[0025]作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种竹基钠离子电池用硬炭负极材料，由前述制备方法制备得到，包括微米级的竹炭基体和纳米级的真菌衍生炭，竹炭基体与真菌衍生炭相互连接，真菌衍生炭由竹粉表面原位生长的真菌煅烧烧结而成，竹炭基体由真菌侵蚀后的竹粉煅烧烧结而成
。
[0026]作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种上述的制备方法制得的竹基钠离子电池用硬炭负极材料在钠离子电池负极中的应用
。
[0027]上述的应用中，优选地，所述应用包括以下步骤：将竹基钠离子电池硬炭负极材料，
CMC
和导电炭黑按照8：1：1的质量比混合均匀，将所得混合物分散到水溶液中形成均匀的浆料，然后把浆料涂敷在铝箔上，并干燥得到钠离子电池负极
。
[0028]上述的硬炭负极材料或钠离子电池负极在钠离子电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种竹基钠离子电池用硬炭负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、
将竹材粉末进行灭菌处理，得到灭菌粉末；
S2、
将培养好的真菌孢子悬浮液接种到灭菌粉末中进行真菌侵蚀处理，得到真菌侵蚀后竹粉；
S3、
将真菌侵蚀后竹粉置于保护气氛中煅烧，得到硬炭前驱体；
S4、
将硬炭前驱体粉用酸溶液洗涤，再水洗至中性，干燥，得到硬炭负极材料
。2.
根据权利要求1所述的竹基钠离子电池用硬炭负极材料的制备方法，其特征在于：所述竹材粉末在灭菌处理之前，还包括粉碎过筛处理，所述过筛时的目数为
40
～
1000
目
。3.
根据权利要求1所述的竹基钠离子电池用硬炭负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤
S2
中，所述真菌孢子悬浮液中的真菌为霉菌或酵母菌中的一种或多种
。4.
根据权利要求3所述的竹基钠离子电池用硬炭负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤
S2
中，所述真菌侵蚀的环境为恒温恒湿环境
。5.
根据权利要求4所述的竹基钠离子电池用硬炭负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤
S2
中，所述真菌侵蚀的时间为
0.5
～
30
天
。6.
根据权利要求1至5中任一项所述的竹基钠离子电池用硬炭负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤
S3
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘贡钢，李敏，薛志成，杨喜，胡进波，柏元娟，徐来强，
申请(专利权)人：湖南桃花江竹材科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：