一种三维分级多孔生物质碳锂离子电池负极材料的制备方法
【专利摘要】一种三维分级多孔生物质碳锂离子电池负极材料的制备方法，利用木耳作为生物质碳的原料通过微波水热法结合热处理法制备三维分级多孔生物质碳，其用做锂离子电池负极材料，具有良好的循环稳定性和倍率性能，所用木耳含有丰富的多糖，使得生物质碳化的产率较高，细胞壁中含有丰富的甲壳素可以形成稳定的碳骨架使得材料在充放电过程中结构稳定不易坍塌，同时可以通过控制碱的浓度来控制孔径的大小，从而提升材料的电化学性能。
【专利说明】
一种三维分级多孔生物质碳锂离子电池负极材料的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于锂离子电池负极材料制备技术领域，具体涉及一种三维分级多孔生物质碳锂离子电池负极材料的制备方法。【背景技术】
[0002]锂离子电池由于具有高电压(4V)、高能量密度、自放电小、循环寿命长、无污染和无记忆效应等优点，已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等电器设备上。在电动汽车、卫星、航天航空以及空间军事等领域也显示出了良好的应用前景和潜在的经济效益。目前商业化应用的锂离子电池负极材料为石墨，石墨具有成本低，导电性好，物理化学性质稳定，循环寿命长等优点，但是石墨负极在锂离子电池中表现出可逆循环容量低，不易快速充放电，而且过充过放电能力差等缺点使得石墨难以满足发展的需求。生物质碳是一种由生物质经过碳化和活化后得到的一种具有反应活性的碳材料，由于生物质来源广泛成本低廉，近年来生物质碳成为人们研究的热点。日常生活中我们所食用的木耳是一种真菌生物，通常被应用于食品和医药领域[Haiyan Wang，Dayong Ren，Zhengju Zhu，et.al.Few-layer MoS2 nanosheets incorporated into hierarchical porous carbon for lithium-1on batteries[J].Chemical Engineering Journal 2016，288:179-184.]〇由于木耳生长速率快，细胞内有丰富的甲壳素，吸水后体积可以膨胀，这些特点使得它成为生物质碳的理想前驱体。[00〇3]目前，生物质碳化的主要方法有水热法和热解法Jun Zhang等[Jun Zhang， Jiayuan Xiang, Zimin Dong ,Ya Liu ,Yishan ffu,Chunmei Xu,Gaohui Du.B1mass derived activated carbon with 3D connected architecture forrechargeable lithium-sulfur batteries[J].2014,116:146-151.]以柚子皮为原料通过两步热解法制备了三维活性碳材料。Xinliang Yu等[Xinliang Yu，Kaiyou Zhang,Ning Tian,Aimiao Qin，Lei Liao,Rui Du,Chun We1.B1mass carbon derived from sisal fiber as anode material for lithium-1on batteries[J].MaterialsLetters，2015，142:193-196 ?]以剑麻为原料通过一步热处理得到了纤维状生物质碳feng Chen等[Feng Chen Juan Yang， Tao Bai，Bo Long,Xiangyang Zhou.B1mass waste-derived honeycomb-like nitrogen and oxygen dual-doped porous carbon for high performance lithium-sulfur batteries[J].Electrochimica Acta 2016,192:99-109.]通过两步热解法处理黄豆渣得到了蜂巢状多孔碳。这些方法制备的生物质碳制备过程相对复杂，用时较长。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于利用木耳作为生物质碳的原料通过微波水热法结合热处理法制备三维分级多孔生物质碳锂离子电池负极材料，并用做锂离子电池负极材料，具有良好的循环稳定性和倍率性能。
[0005]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0006]—种三维分级多孔生物质碳锂离子电池负极材料的制备方法，
[0007]步骤一:将木耳用去离子水清洗并干燥，对干燥后的木耳进行研磨过50目的尼龙筛，得到颗粒大小均一的木耳颗粒；
[0008]步骤二:用98 %的浓硫酸配置质量分数为15?40 %的硫酸溶液A;[〇〇〇9] 步骤三:取1?3g木耳颗粒放入60?70ml溶液A中，磁力搅拌10?30min，转移入反应釜并密封，设置微波水热反应温度为120?180 °C，反应3?6h，自然冷却到室温，得到前驱物B;[〇〇1〇]步骤四:将前驱物B离心并用氢氧化钾溶液和去离子水洗涤，然后干燥；[〇〇11] 步骤五:取0.2?0.3g干燥好的前驱物B放入70?100ml的0.1?0.3M氢氧化钾溶液中，磁力搅拌12?18h，然后真空抽滤后用盐酸溶液和去离子水洗涤，干燥得到活化后的前驱物C;
[0012]步骤六:将活化好的前驱物C放入管式炉内，通入氩气，设置保温温度为700?900 °C，保温1?3h，反应完成后得到三维分级多孔生物质碳锂离子电池负极材料。
[0013]本发明所利用的木耳含有丰富的多糖，使得生物质碳化的产率较高，细胞壁中含有丰富的甲壳素可以形成稳定的碳骨架使得材料在充放电过程中结构稳定不易坍塌，同时可以通过控制碱的浓度来控制孔径的大小从而提升材料的电化学性能。【附图说明】
[0014]图1为本发明实施例1制备的三维分级多孔生物质碳在不同倍率下的扫描电镜 (SEM)照片。【具体实施方式】
[0015]下面结合附图及实施实例对本发明作进一步详细说明。
[0016]实施例1: 一种三维分级多孔生物质碳锂离子电池负极材料的制备方法，
[0017]步骤一:将木耳用去离子水清洗并干燥，对干燥后的木耳进行研磨过50目的尼龙筛，得到颗粒大小均一的木耳颗粒；
[0018]步骤二:用98 %的浓硫酸配置质量分数为15 %的硫酸溶液A;[〇〇19] 步骤三:取lg木耳颗粒放入60ml溶液A中，磁力搅拌lOmin，转移入反应釜并密封， 设置微波水热反应温度为120°C，反应3h，自然冷却到室温，得到前驱物B;
[0020]步骤四:将前驱物B离心并用氢氧化钾溶液和去离子水洗涤，然后干燥；
[0021]步骤五:取0.2g干燥好的前驱物B放入70ml的0.1M氢氧化钾溶液中，磁力搅拌12h， 然后真空抽滤后用盐酸溶液和去离子水洗涤，干燥得到活化后的前驱物C;[〇〇22]步骤六:将活化好的前驱物C放入管式炉内，通入氩气，设置保温温度为700°C，保温2h，反应完成后得到三维分级多孔生物质碳锂离子电池负极材料。[〇〇23]由图1可以看出，木耳生物质碳呈三维多孔的结构。[〇〇24]实施例2:—种三维分级多孔生物质碳锂离子电池负极材料的制备方法，
[0025]步骤一:将木耳用去离子水清洗并干燥，对干燥后的木耳进行研磨过50目的尼龙筛，得到颗粒大小均一的木耳颗粒；[〇〇26]步骤二:用98 %的浓硫酸配置质量分数为20 %的硫酸溶液A;
[0027]步骤三:取2g木耳颗粒放入65ml溶液A中，磁力搅拌15min，转移入反应釜并密封， 设置微波水热反应温度为140°C，反应4h，自然冷却到室温，得到前驱物B;
[0028]步骤四:将前驱物B离心并用氢氧化钾溶液和去离子水洗涤，然后干燥；[〇〇29]步骤五:取0.3g干燥好的前驱物B放入100ml的0.15M氢氧化钾溶液中，磁力搅拌 14h，然后真空抽滤后用盐酸溶液和去离子水洗涤，干燥得到活化后的前驱物C;
[0030]步骤六:将活化好的前驱物C放入管式炉内，通入氩气，设置保温温度为800°C，保温2h，反应完成后得到三维分级多孔生物质碳锂离子电池负极材料。[〇〇31] 实施例3:
[0032]步骤一:将木耳用去离子水清洗并干燥，对干燥后的木耳进行研磨过50目的尼龙筛，得到颗粒大小均一的木耳颗粒；[〇〇33]步骤二:用98 %的浓硫酸配置质量分数为25 %的硫酸溶液A;[〇〇34] 步骤三:取3g木耳颗粒放入70ml溶液A中，磁力搅拌20min，转移入反应釜并密封， 设置微波水热反应温度为160°C，反应5h，自然冷却到室温，得到前驱物B;
[0035]步骤四:将前驱物B离心并用氢氧化钾溶液和去离子水洗涤，然后干燥；[〇〇36]步骤五:取0.25g干燥好的前驱物B放入85ml的0.2M氢氧化钾溶液中，磁力搅拌 16h，然后真空抽滤后用盐酸溶液和去离子水洗涤，干燥得到活化后的前驱物C;[〇〇37]步骤六:将活化好的前驱物C放入管式炉内，通入氩气，设置保温温度为900°C，保温lh，反应完成后得到三维分级多孔生物质碳锂离子电池负极材料。[〇〇38] 实施例4:
[0039]步骤一:将木耳用去离子水清洗并干燥，对干燥后的木耳进行研磨过50目的尼龙筛，得到颗粒大小均一的木耳颗粒；
[0040]步骤二:用98 %的浓硫酸配置质量分数为30 %的硫酸溶液A;[〇〇411 步骤三:取1.5g木耳颗粒放入63ml溶液A中，磁力搅拌30min，转移入反应釜并密封，设置微波水热反应温度为180°C，反应3h，自然冷却到室温，得到前驱物B;
[0042]步骤四:将前驱物B离心并用氢氧化钾溶液和去离子水洗涤，然后干燥；[〇〇43]步骤五:取0.23g干燥好的前驱物B放入80ml的0.3M氢氧化钾溶液中，磁力搅拌 18h，然后真空抽滤后用盐酸溶液和去离子水洗涤，干燥得到活化后的前驱物C;
[0044]步骤六:将活化好的前驱物C放入管式炉内，通入氩气，设置保温温度为850°C，保温lh，反应完成后得到三维分级多孔生物质碳锂离子电池负极材料。
[0045]实施例5:
[0046]步骤一:将木耳用去离子水清洗并干燥，对干燥后的木耳进行研磨过50目的尼龙筛，得到颗粒大小均一的木耳颗粒；[〇〇47]步骤二:用98 %的浓硫酸配置质量分数为40 %的硫酸溶液A;[〇〇48] 步骤三:取2.5g木耳颗粒放入68ml溶液A中，磁力搅拌25min，转移入反应釜并密封，设置微波水热反应温度为150°C，反应5h，自然冷却到室温，得到前驱物B;
[0049]步骤四:将前驱物B离心并用氢氧化钾溶液和去离子水洗涤，然后干燥；
[0050]步骤五:取0.28g干燥好的前驱物B放入90ml的0.3M氢氧化钾溶液中，磁力搅拌 15h，然后真空抽滤后用盐酸溶液和去离子水洗涤，干燥得到活化后的前驱物C;
[0051]步骤六:将活化好的前驱物C放入管式炉内，通入氩气，设置保温温度为750°C，保温3h，反应完成后得到三维分级多孔生物质碳锂离子电池负极材料。[〇〇52] 实施例6:[〇〇53]步骤一:将木耳用去离子水清洗并干燥，对干燥后的木耳进行研磨过50目的尼龙筛，得到颗粒大小均一的木耳颗粒；[〇〇54]步骤二:用98 %的浓硫酸配置质量分数为35 %的硫酸溶液A;
[0055]步骤三:3g木耳颗粒放入70ml溶液A中，磁力搅拌lOmin，转移入反应釜并密封，设置微波水热反应温度为130°C，反应6h，自然冷却到室温得到前驱物B;
[0056]步骤四:将前驱物B离心并用氢氧化钾溶液和去离子水洗涤，然后干燥；[〇〇57]步骤五:取0.2g干燥好的前驱物B放入80ml的0.1M氢氧化钾溶液中，磁力搅拌13h， 然后真空抽滤后用盐酸溶液和去离子水洗涤，干燥得到活化后的前驱物C;[〇〇58]步骤六:将活化好的前驱物C放入管式炉内，通入氩气，设置保温温度为800°C，保温2h，反应完成后得到三维分级多孔生物质碳锂离子电池负极材料。
【主权项】
1.一种三维分级多孔生物质碳锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于:步骤一:将木耳用去离子水清洗并干燥，对干燥后的木耳进行研磨过50目的尼龙筛，得 到颗粒大小均一的木耳颗粒；步骤二:用98 %的浓硫酸配置质量分数为15?40 %的硫酸溶液A;步骤三:取1?3g木耳颗粒放入60?70ml溶液A中，磁力搅拌10?30min，转移入反应釜 并密封，设置微波水热反应温度为120?180°C，反应3?6h，自然冷却到室温，得到前驱物B; 步骤四:将前驱物B离心并用氢氧化钾溶液和去离子水洗涤，然后干燥；步骤五:取0.2?0.3g干燥好的前驱物B放入70?100ml的0.1?0.3M氢氧化钾溶液中， 磁力搅拌12?18h，然后真空抽滤后用盐酸溶液和去离子水洗涤，干燥得到活化后的前驱物 C；步骤六:将活化好的前驱物C放入管式炉内，通入氩气，设置保温温度为700?900°C，保 温1?3h，反应完成后得到三维分级多孔生物质碳锂离子电池负极材料。
【文档编号】H01M4/587GK106082158SQ201610377908
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】李嘉胤, 康倩, 曹丽云, 程娅伊, 齐慧, 欧阳海波, 许占位, 黄剑锋
【申请人】陕西科技大学