【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池电极材料制备方法，涉及生物质硬碳复合硅碳负极材料的制备方法。
技术介绍
1、近年来，硅是最具潜力的负极材料。但硅作为半导体材料，导电性较差。在锂离子提取/插入过程中，硅电极将导致体积大幅膨胀和收缩，指幅度大于400％的膨胀和收缩。从而导致电极材料粉碎和结构崩溃，离子和电导通道被破坏，使电池的循环性能严重恶化。
2、研究者们针对硅自身的缺陷设计了一些解决方案。将硅进行纳米化制备成纳米硅颗粒，保护硅颗粒免于粉化。或将硅与碳进行复合，例如，在纳米硅颗粒表面包覆碳，可以有效地改善si-c复合材料的循环性能，并适应体积膨胀/收缩的应力。目前报道中普遍利用沥青包覆硅碳复合材料，可以提高材料的导电性并有效缓解硅体积膨胀问题，但沥青经高温炭化后变为石墨软碳，在高功率或大电流使用场景中，随着溶剂化锂离子的嵌入，石墨层间易发生剥离，使材料结构破坏，电池发生热失控、析锂等现象，进而影响电池寿命以及引发安全问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供生物质硬碳复合硅碳负极材料的制备方法，通过生物质碳与硅碳复合，减小电池极化反应。
2、本专利技术所采用的技术方案是，生物质硬碳复合硅碳负极材料的制备方法，具体按照如下步骤实施：
3、步骤1，将生物质原料进行预炭化、粉碎、煅烧得到生物质碳材料；
4、步骤2，以无水乙醇为溶剂，通过纳米研磨机将微米硅粉研磨，得到纳米硅浆料；
5、步骤3，将生物质碳材料、纳米硅浆料、沥青以一定比例
6、步骤4，在反应产物ⅲ中加入沥青进行固相混合、一次造粒得到反应产物ⅴ；
7、步骤5，在反应产物ⅴ中加入沥青进行固相混合、二次造粒，得到反应产物ⅶ，再将反应产物ⅶ通过筛分得到最终产物。
8、本专利技术的特征还在于：
9、步骤1中的生物质原料为玉米芯、椰壳、果木、沙柳或杨木中的一种。
10、步骤1中预炭化具体步骤为：将生物质原料在保护气氛下从室温升至400℃～600℃，升温速率为1℃/min～3℃/min，保温时间为1h～4h，获得预炭化后的反应产物ⅰ；保护气氛为氮气、氦气或者氩气中的任意一种。
11、步骤1中粉碎具体为：将反应产物ⅰ采用气流粉碎机进行粉碎，粉碎粒度d50控制在8～10um，得到反应产物ⅱ；
12、步骤1中的煅烧具体为：将反应产物ⅱ在真空条件下进行煅烧，煅烧温度为：从室温升至900℃～1100℃，升温速率为1℃/min～3℃/min，保温时间为1h～4h，得到生物质碳材料。
13、步骤2中微米硅粉研磨至d50为100～120nm。
14、步骤3中分散罐中纳米硅浆料、生物质碳材料、沥青的投入质量比为80％：(5％～10％)：(10％～20％)。
15、步骤3中搅拌速率为：1.5l/h，搅拌时间为20～30min。
16、步骤4具体为：在反应产物ⅲ中加入沥青进行固相混合，得到反应产物ⅳ，将反应产物ⅳ通过煅烧和粉碎进行一次造粒，得到反应产物ⅴ；其中，沥青的加入量为反应产物ⅲ残碳质量的10％～15％；
17、煅烧条件为：在保护气氛下，从室温升至350℃，升温速率为1～2℃/min，保温1～2h，再从350℃升至600～700℃，升温速率为1～2℃/min，保温1～2h。
18、步骤5具体为：在反应产物ⅴ中加入沥青进行固相混合，得到反应产物ⅵ，将反应产物ⅵ通过二次煅烧和粉碎进行二次造粒，得到反应产物ⅶ，将反应产物ⅶ通过筛分得到最终产物；其中，沥青的加入量为反应产物ⅴ残碳质量的10％～15％；
19、煅烧条件为：在保护气氛下，从室温升至350℃，升温速率为1～2℃/min，保温2～3h，再从350℃升至600～700℃，升温速率为1～2℃/min，不保温，再从600～700℃升温至850～950℃，升温速率2～3℃/min，保温2～3h。
20、步骤4和步骤5中的保护气氛为氮气、氦气或者氩气中的任意一种；
21、步骤4和步骤5粉碎时均采用气流粉碎机，反应产物ⅴ的粒度控制在d50＝5-7um；反应产物ⅶ的粒度控制在d50＝9-11um；
22、步骤5筛分时使用350目的振筛机振筛。
23、本专利技术的有益效果是：
24、(1)本专利技术采用生物质碳为复合物，由于生物质具有特殊的结构，例如独特的孔结构，较大的层间距、丰富的孔隙和比表面积，结构为各向同性，不同于沥青的各向异性，可以加速锂离子在无定形碳中的扩散速度。复合材料中，生物质碳相当于在硅碳复合负极表面形成了一层缓冲层，减小电池极化反应。同时，生物质碳与沥青具有协同作用，可以提高彼此交联度，提高硅碳复合材料的倍率性能。
25、(2)本专利技术采用生物质碳材料可持续再生，绿色无污染，成本低廉且可大规模制备，比容量可达400-500mah g-1。
26、(3)本专利技术制备的锂离子电池负极材料首次充电比容量达到1692.5mah/g，首效90.7％。应用在18650圆柱电池中，在2.75-4.2v电压范围内，1c循环616圈后容量保持率为91.44％。2.75-4.2v电压范围内0.5c循环447圈后容量保持率为94.48％。
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1.生物质硬碳复合硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，具体按照如下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的生物质硬碳复合硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的生物质原料为玉米芯、椰壳、果木、沙柳或杨木中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的生物质硬碳复合硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中预炭化具体步骤为：将生物质原料在保护气氛下从室温升至400℃～600℃，升温速率为1℃/min～3℃/min，保温时间为1h～4h，获得预炭化后的反应产物Ⅰ；所述保护气氛为氮气、氦气或者氩气中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的生物质硬碳复合硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中粉碎具体为：将反应产物Ⅰ采用气流粉碎机进行粉碎，粉碎粒度D50控制在8～10um，得到反应产物Ⅱ；
5.根据权利要求1所述的生物质硬碳复合硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中微米硅粉研磨至D50为100～120nm。
6.根据权利要求1所述的生物质硬碳复合硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中分散罐中纳米硅浆
7.根据权利要求6所述的生物质硬碳复合硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中搅拌速率为：1.5L/h，搅拌时间为20～30min。
8.根据权利要求1所述的生物质硬碳复合硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4具体为：在反应产物Ⅲ中加入沥青进行固相混合，得到反应产物Ⅳ，将反应产物Ⅳ通过煅烧和粉碎进行一次造粒，得到反应产物Ⅴ；其中，沥青的加入量为反应产物Ⅲ残碳质量的10％～15％；
9.根据权利要求8所述的生物质硬碳复合硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤5具体为：在反应产物Ⅴ中加入沥青进行固相混合，得到反应产物Ⅵ，将反应产物Ⅵ通过二次煅烧和粉碎进行二次造粒，得到反应产物Ⅶ，将反应产物Ⅶ通过筛分得到最终产物；其中，沥青的加入量为反应产物Ⅴ残碳质量的10％～15％；
10.根据权利要求9所述的生物质硬碳复合硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4和步骤5中的保护气氛为氮气、氦气或者氩气中的任意一种；
...【技术特征摘要】
1.生物质硬碳复合硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，具体按照如下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的生物质硬碳复合硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的生物质原料为玉米芯、椰壳、果木、沙柳或杨木中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的生物质硬碳复合硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中预炭化具体步骤为：将生物质原料在保护气氛下从室温升至400℃～600℃，升温速率为1℃/min～3℃/min，保温时间为1h～4h，获得预炭化后的反应产物ⅰ；所述保护气氛为氮气、氦气或者氩气中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的生物质硬碳复合硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中粉碎具体为：将反应产物ⅰ采用气流粉碎机进行粉碎，粉碎粒度d50控制在8～10um，得到反应产物ⅱ；
5.根据权利要求1所述的生物质硬碳复合硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中微米硅粉研磨至d50为100～120nm。
6.根据权利要求1所述的生物质硬碳复合硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中分散...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨丽杰，贾彦龙，宋骞，曹新龙，张长安，白兆文，白杨芝，刘航，
申请(专利权)人：泾河新城陕煤技术研究院新能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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