改性茶籽壳碳锂离子电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种锂离子电池负极材料，具体涉及一种改性茶籽壳碳锂离子电池负极材料及其制备方法。本发明专利技术的改性茶籽壳碳锂离子电池负极材料含有硅、硼和茶籽壳碳。本发明专利技术的改性茶籽壳碳锂离子电池负极材料具有电化学容量高、循环性能好、成本低、绿色环保等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂离子电池负极材料，具体涉及一种改性茶籽壳碳锂离子电池负 极材料及其制备方法。
技术介绍
目前，用作锂离子电池负极材料的主要还是碳材料，而碳材料主要包括两类，石墨 化碳材料和非石墨化碳材料。石墨化碳材料由于其可以提供平稳的输出电压，较高的比容 量以及高电压，所以是目前比较常用的负极材料。但是随着社会的发展，人们现在已经不再 满足于当前的电池容量而不断寻找新的负极材料，由于许多非石墨化碳材料可以提供远远 高于石墨碳材料的容量，所以非石墨化碳材料在最近几年内成为负极材料的研究重点。自从20世纪90年代以来，由于各种生物质具有容易得到、成本低、再生能力强等优点，以生物质为碳源的活性碳逐渐受到人们的重视。目前已经有很多以松子壳、花生壳、 稻草茎秆、椰子壳等为碳源制备活性碳的文献报道。中国是茶树之乡，茶树的种植面积广 泛，全国约有2700万亩。如按每亩产茶籽30kg计算，全国约有8亿kg茶籽。然而，只有 少量的油茶籽作为油脂原料进行加工，而大量的油茶籽壳只作为初级燃料和用于培养茶薪 菇，每年茶籽壳的综合利用率不足1%。因此，用茶籽壳作为原料制备活性碳具有良好的经 济效益和市场前景。一般的无定形碳的循环性能均不理想，可逆储锂容量一般随循环次数的增加而衰 减得比较快，而且存在电压滞后现象，当锂嵌入时，电压滞后现象主要发在在0. 3V以下，而 脱出时，主要发生在0. 8V以上；一般的低温无定形碳还存在首次充放电效率低的缺点。茶 籽壳碳是将茶籽壳进行碳化而得，它可以作为一种低温裂解无定形碳材料，具有含碳量高 的优点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电化学容量高，循环性能好，成本低，绿色环保的改性茶 籽壳碳锂离子电池负极材料及其制备方法，从而克服现有技术中存在的缺陷。本专利技术是通过以下技术方案来解决这些缺陷的—种改性茶籽壳碳锂离子电池负极材料，其含有硅，硼，以及茶籽壳碳。其中，所述改性茶籽壳碳锂离子电池负极材料含有0. 1-10重量份的硅，0. 1-10重 量份的硼，80-99. 8重量份的茶籽壳碳。优选，所述改性茶籽壳碳锂离子电池负极材料含有0. 4-5. 0重量份的硅，0. 3-5. 0 重量份的硼，90-99. 3重量份的茶籽壳碳。更优选，所述改性茶籽壳碳锂离子电池负极材料含有1. 5重量份的硅，0. 6重量份 的硼，97. 9重量份的茶籽壳碳。所述茶籽壳碳是将茶籽壳经机械碾碎至50-150目筛，再与强碱混合，在80-100°C 下搅拌至水份全部蒸发，然后在高温炉内碳化得到茶籽壳碳的粗产品，将所得茶籽壳碳的粗产品纯化而得到。所述碳化是在惰性气体保护下以2_8°C /min的升温速率升温至800°C后保温1-3小时。所述惰性气体为氮气或氩气。所述强碱是氢氧化钠或氢氧化钾，所述强碱与所述茶籽壳的重量比为1 1所述 惰性气体为氮气或氩气。所述纯化是将茶籽壳碳的粗产品放入200-500mL蒸馏水中，再加入100_300mL lmol/L的硝酸，在60-80°C下搅拌l_5h，然后过滤；将得到的滤饼用蒸馏水反复洗涤，洗至 中性，然后烘干。本专利技术还提供了一种所述的改性茶籽壳碳锂离子电池负极材料的制备方法，包括 如下步骤将茶籽壳碳放入200-500mL蒸馏水中，加入lmol/L的硝酸100_300mL，在60_80°C 下搅拌l_5h，然后过滤；将得到的滤饼用蒸馏水反复洗涤，洗至中性，然后烘干，得到纯化的茶籽壳碳；将所述纯化的茶籽壳碳与硅和硼进行机械混合，然后球磨至混合均勻。所述硅的纯度为不小于99%，粒径为30-50nm，所述硼的纯度为不小于99%，粒径 为15-60 μ m，所述纯化的茶籽壳碳与硅和硼的重量比为80-99. 8 0.1-10 0.1-10。本专利技术还提供了所述改性茶籽壳碳锂离子电池负极材料在制备锂离子电池中的 应用，所述应用具体是用于制备电极。在本专利技术的实施例中，通过常规方法用本专利技术的改性茶籽壳碳锂离子电池负极材 料制备电极片，具体是将本专利技术的改性茶籽壳碳锂离子负极材料作为电极活性物质与乙炔黑和聚偏氟 乙烯(PVDF)以80 10 10(重量比)混合，然后滴入I-IOmL 二甲基吡咯烷酮(NMP)作 为溶剂，搅拌混合均勻成浆料，将所述浆料涂在所需尺寸的镍网上，并在干燥箱中干燥12h， 然后再用辊机压制成0. 06-0. 14mm的薄片，并将薄片在真空干燥箱中于110°C干燥6h，以制 成电极片。用本专利技术的改性茶籽壳碳作为锂离子电池的负极材料制备的锂离子电池，在充放 电过程中，硅与锂发生可逆作用，在多次循环后不会发生电化学容量衰减的现象。硼的加入 增加了锂与改性茶籽壳碳的结合能，从而可以提高茶籽壳碳的可逆容量。在茶籽壳碳中同 时掺入硅和硼，可以提高其可逆嵌锂容量和充放电循环性能。本专利技术的改性茶籽壳碳锂离 子电池负极材料具有电化学容量高，循环性能好，成本低，绿色环保等优点。附图说明图1为采用本专利技术的改性茶籽壳碳锂离子电池负极材料组装的扣式电池的循环 测试结果图；图2为采用未改性的茶籽壳碳锂离子电池负极材料组装的扣式电池的循环测试结果图。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，应该理解的是，这些实施例仅用于例证的目的，决不限制本专利技术的保护范围。本专利技术的改性茶籽壳碳锂离子电池负极材料含有硅，硼和茶籽壳碳。其中，所述改性茶籽壳碳锂离子电池负极材料含有0. 1-10重量份的硅，0. 1-10重 量份的硼，80-99. 8重量份的茶籽壳碳。优选，所述改性茶籽壳碳锂离子电池负极材料含有0. 4-5. 0重量份的硅，0. 3-5. 0 重量份的硼，90-99. 3重量份的茶籽壳碳。更优选，所述改性茶籽壳碳锂离子电池负极材料含有1. 5重量份的硅，0. 6重量份 的硼，97. 9重量份的茶籽壳碳。所述茶籽壳碳是将茶籽壳经机械碾碎至50-150目筛，再与强碱混合，在80-100°C 下搅拌至水份全部蒸发，然后在高温炉内碳化得到茶籽壳碳的粗产品，将所得茶籽壳碳的 粗产品纯化而得到。所述碳化是在惰性气体保护下以2_8°C /min的升温速率升温至800°C后保温1_3 小时。所述惰性气体为氮气或氩气。所述强碱是氢氧化钠或氢氧化钾，所述强碱与所述茶籽壳的重量比为1 1，所述 惰性气体为氮气或氩气。所述纯化是将茶籽壳碳的粗产品放入200_500mL蒸馏水中，再加入100_300mL lmol/L的硝酸，在60-80°C下搅拌l_5h，然后过滤；将得到的滤饼用蒸馏水反复洗涤，洗至 中性，然后烘干。本专利技术的改性茶籽壳碳锂离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤将茶籽壳碳放入200_500mL蒸馏水中，为了将茶籽壳碳中不溶于蒸馏水的盐溶 解，加入lmol/L的硝酸100-300mL，并在60_80°C下搅拌l_5h，然后过滤，从而去除这些不溶 于蒸馏水的盐；将得到的滤饼用蒸馏水反复洗涤，洗至中性，然后烘干，得到纯化的茶籽壳碳；将所述纯化的茶籽壳碳与硅和硼进行机械混合，然后球磨至混合均勻。所述硅的纯度为不小于99%，粒径为30-50nm ；所述硼的纯度为不小于99%，粒径 为15-60 μ m，所述纯化的茶籽壳碳与硅和硼的重量比为80-99. 8 0.1-10 0.1-10。在本专利技术的实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性茶籽壳碳锂离子电池负极材料，其特征在于，含有硅、硼和茶籽壳碳。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙立彬，胡健，阚国锋，李利民，陈华宏，陈峰，
申请(专利权)人：湖南格林新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]