[发明专利]锂离子电池负极材料纳米碳的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料的技术领域，特别涉及锂离子电池负极材料纳米碳的制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有高能量密度、输出电压高、无记忆效应的优点而被广泛应用于摄像机、手机、笔记本电脑等小型移动电子产品领域，而且在动力电及储能电池池等领域也表现出令人瞩目的发展前景。目前商用的锂电负极材料主要是石墨，但是石墨充放电平台低，有安全隐患。因此必须探索其它容量高，安全性能好的锂电负极材料。

纳米碳能够提供较大的比表面积，可以和电解液充分接触，有利于锂离子的传输扩散，从而提高电池的容量和倍率性能。纳米碳材料，作为锂电负极材料一直是研究者们关注的热点。目前制备多孔炭材料常用的方法有：活化法、软/硬模版法、有机气凝胶碳化法和聚合物碳化法等。然而这些方法使用了模版剂，增加了生产成本，并且制备工艺复杂。为了进一步简化制备工艺，降低反应成本，本发明采用水热预处理过程，在不使用模版剂的情况下，后期高温退火碳化后，得到了纳米颗粒的碳材料。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供锂离子电池负极材料纳米碳的制备方法，能够使淀粉先进行碳键耦合交联，随后在氩气气氛下高温退火碳化，得到纳米炭材料，降低了反应成本，提高了电池容量和使用寿命，具有操作简单、可重复性高、成本低廉的特点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

锂离子电池负极材料纳米碳的制备方法，其特征在于，包括：

步骤一：取0.1-3g的淀粉加入到35-80ml溶剂中，将混合物放入超声频率为40kHz的超声波清洗仪中进行超声处理0.5-3h，获得淀粉分散液；

步骤二：将淀粉分散液转移到50ml水热反应釜中，在温度为120-200℃的环境下反应2-12h，反应结束待自然降至室温，然后用水和乙醇各洗3次，然后进行真空干燥处理，获得水热预处理碳材料；

步骤三：将水热预处理碳材料在惰性气氛下进行煅烧处理，煅烧结束后冷却至室温，即获得纳米碳材料。

所述溶剂包括：去离子水和无水乙醇中任意一种。

所述淀粉包括：红薯、红薯淀粉、土豆、土豆淀粉和玉米、玉米淀粉中任意一种。

所述真空干燥处理为在温度为60-100℃条件下，真空干燥8-16h。

所述惰性气氛为Ar或N₂气氛。

所述煅烧处理为以2-10℃/min的升温速率进行升温，升温至700-1200℃，煅烧2-12h。

本发明的工作原理为：

本发明采用水热反应预处理，随后高温退火碳化的方式得到纳米碳材料。在水热预处理阶段，淀粉中多糖成份等会进行碳键的耦合交联，使20-30um的碳球，经水热反应后变为5um的碳球。从而避免了直接碳化煅烧20-30um的碳球形成5um的块体碳材料。经水热处理后的碳球，经过随后的碳化煅烧后形成约100nm的碳颗粒。颗粒尺寸变小，能够增大比表面积，从而增大和电解液的接触，进一步提高电池容量和循环稳定性。

本发明的有益效果为：

本发明的制备方法具有操作简便易行，可重复性强，成本低，对环境无污染的特点。利用本方法制备的纳米碳材料作为锂电池的负极材料，能够克服块体碳材料电池容量低、体积膨胀效应严重的问题，具有循环稳定性强、电池容量高的特点。本方法具有操作简单、可重复性高、成本低廉的特点。

附图说明

图1为实施例1和5中制备的纳米碳和块体碳材料的XRD图。

图2为实施例1和5中制备的纳米碳和块体碳材料的SEM图。

图3为实施例1和5中制备的纳米碳和块体碳材料作为锂离子电池负极材料的充电比容量图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细说明。

参见附图，本发明为锂离子电池负极材料纳米碳的制备方法，其特征在于，包括：

步骤一：取0.1-3g的淀粉加入到35-80ml溶剂中，将混合物放入超声频率为40kHz的超声波清洗仪中进行超声处理0.5-3h，获得淀粉分散液；

步骤二：将淀粉分散液转移到50ml水热反应釜中，在温度为120-200℃的环境下反应2-12h，反应结束待自然降至室温，然后用水和乙醇各洗3次，然后进行真空干燥处理，获得水热预处理碳材料；

步骤三：将水热预处理碳材料在惰性气氛下进行煅烧处理，煅烧结束后冷却至室温，即获得纳米碳材料。

所述溶剂包括：去离子水和无水乙醇中任意一种。