【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电极材料，具体涉及一种负载型生物炭材料及其制备方法和应用、锂金属电池复合负极材料。
技术介绍
1、锂金属电池由于具有能量密度高，自放电低，无记忆效应等突出优点已经成为移动能源的主要解决方案，并广泛应用在手机，平板，电动汽车以及家庭储能等多个领域。锂电池负极材料是影响锂电池电容量的重要因素，目前常用的负极材料为石墨或锂金属。其中石墨负极的理论比容量较低(372ma h g-1)，不能满足日渐高涨的能源供应需求。相比而言，锂金属负极具有较高的理论比容量(3860ma h g-1)和较低的氧化还原电位(-3.04v vs.标准氢电极)。然而锂金属负极难以生成稳定sei膜，容易形成枝晶，体积变化很大，因此存在较严重的安全隐患。
2、构建锂负极三维框架被广泛认为能有效调控锂沉积，解决以上问题。现有的框架材料主要包括锂合金基材料、金属基材料、碳基材料和聚合物基材料，其中碳基材料具有质量轻、化学稳定性好、易于功能化的优点，成为近来的研究热点。但化学合成碳材料常常涉及有毒的有机物，并且反应流程复杂而条件苛刻(如常常需要高温、高压、高真空等)，除此之外，精细地设计碳材料的微观结构面临较大的困难，难以工业化应用。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种负载型生物炭材料及其制备方法和应用、锂金属电池复合负极材料，本专利技术提供的负载型生物炭的制备原料来源广泛，价格低廉，降低了生产成本，易于工业化生产。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种负载型生
3、所述生物炭由杉科植物的形成层碳化得到。
4、优选的，所述生物炭含有微孔、介孔和大孔，所述微孔的平均直径为2～10nm，所述介孔的平均直径为30～50nm，所述大孔的平均直径为200nm；所述微孔孔容占总孔容的体积含量为15％；所述介孔孔容占总孔容的体积含量为29％；所述大孔孔容占总孔容的体积含量为56％；
5、所述生物炭的比表面积为200～500m2/g，总孔容为0.14～0.16cc/g。
6、优选的，所述氧化锌在负载型生物炭材料中的质量百分含量为10～20％。
7、本专利技术还提供了上述技术方案所述负载型生物炭材料的制备方法，包括以下步骤：
8、将杉科植物的形成层预碳化后碳化，得到杉科植物基生物炭；
9、将所述杉科植物基生物炭和无机锌盐水溶液混合进行吸附，得到负载型生物炭前驱体；
10、将所述负载型生物炭前驱体进行热解，得到所述负载型生物炭材料。
11、优选的，所述预碳化前还包括：将杉科植物的形成层依次进行粉碎、洗涤和干燥；
12、所述预碳化的温度为200～300℃，时间为2～3h。
13、优选的，所述碳化的温度为700～900℃，时间为2～3h；升温至所述碳化所需温度的升温速率为4～6℃/min。
14、优选的，所述无机锌盐水溶液包括硝酸锌水溶液、磷酸锌水溶液或硫酸锌水溶液；
15、所述无机锌盐水溶液中锌元素和杉科植物基生物炭的质量比为1～2:10；
16、所述吸附的温度为20～40℃，时间为22～26h。
17、优选的，所述热解的温度为350～800℃，保温时间为1～2h；升温至所述热解所需温度的升温速率为4～6℃/min。
18、本专利技术还提供了上述技术方案所述负载型生物炭材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的负载型生物炭材料在制备锂金属电池复合负极材料中的应用。
19、本专利技术还提供了一种锂金属电池复合负极材料，包括框架材料和沉积于所述框架材料孔道内和表面的锂；
20、所述框架材料为上述技术方案所述负载型生物炭材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的负载型生物炭材料。
21、本专利技术提供了一种负载型生物炭材料，包括生物炭和负载于所述生物炭表面的氧化锌；所述生物炭由杉科植物的形成层碳化得到。在本专利技术中，以负载型生物炭材料作为锂电池负极时，负载于生物炭表面的氧化锌颗粒在锂进行沉积时与锂原子形成合金相，增强了锂原子对负极的亲和力，并通过化学环境的改变(锂沉积时经历的具体过程是锂离子去溶剂化-在电极上电荷转移形成锂原子-锂原子吸附在电极表面。框架材料的化学组成不同，导致锂原子落在表面时周围的物质、基团不同，这种情况就是化学环境不同)诱导锂以圆润、尺寸较大的晶核形态生长，而非常见的枝晶形态；从而利于锂紧密地沉积在生物碳的内部和表面，减少体积膨胀。同时生物炭能够降低电流密度、容纳锂沉积，一定程度提高锂负极性能。本专利技术提供的负载型生物炭材料作为锂金属电池负极框架材料时对锂具有良好的亲和性、且能够提高锂沉积紧密度，从而提高锂金属电池的电化学性能和安全性，延长电池使用寿命。本专利技术提供的负载型生物炭材料的制备原料来源广泛，价格低廉，降低了生产成本，易于工业化生产。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种负载型生物炭材料，其特征在于，包括生物炭和负载于所述生物炭表面的氧化锌；
2.根据权利要求1所述负载型生物炭材料，其特征在于，所述生物炭含有微孔、介孔和大孔，所述微孔的平均直径为2～10nm，所述介孔的平均直径为30～50nm，所述大孔的平均直径为200nm；所述微孔孔容占总孔容的体积含量为15％；所述介孔孔容占总孔容的体积含量为29％；所述大孔孔容占总孔容的体积含量为56％；
3.根据权利要求1所述负载型生物炭材料，其特征在于，所述氧化锌在负载型生物炭材料中的质量百分含量为10～20％。
4.权利要求1～3任一项所述负载型生物炭材料的制备方法，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述预碳化前还包括：将杉科植物的形成层依次进行粉碎、洗涤和干燥；
6.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述碳化的温度为700～900℃，时间为2～3h；升温至所述碳化所需温度的升温速率为4～6℃/min。
7.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述无机锌盐水溶液包括硝酸锌水溶液、磷酸锌水
8.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述热解的温度为350～800℃，保温时间为1～2h；升温至所述热解所需温度的升温速率为4～6℃/min。
9.权利要求1～3任一项所述负载型生物炭材料或权利要求4～8任一项所述的制备方法制备得到的负载型生物炭材料在制备锂金属电池复合负极中的应用。
10.一种锂金属电池复合负极材料，其特征在于，包括框架材料和沉积于所述框架材料孔道内和表面的锂；
...【技术特征摘要】
1.一种负载型生物炭材料，其特征在于，包括生物炭和负载于所述生物炭表面的氧化锌；
2.根据权利要求1所述负载型生物炭材料，其特征在于，所述生物炭含有微孔、介孔和大孔，所述微孔的平均直径为2～10nm，所述介孔的平均直径为30～50nm，所述大孔的平均直径为200nm；所述微孔孔容占总孔容的体积含量为15％；所述介孔孔容占总孔容的体积含量为29％；所述大孔孔容占总孔容的体积含量为56％；
3.根据权利要求1所述负载型生物炭材料，其特征在于，所述氧化锌在负载型生物炭材料中的质量百分含量为10～20％。
4.权利要求1～3任一项所述负载型生物炭材料的制备方法，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述预碳化前还包括：将杉科植物的形成层依次进行粉碎、洗...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚莹，陈子怡，吴锋，杨飞洋，苟兆霖，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。