[发明专利]空心管状结构的生物碳用锂离子电池负极材料及制备方法

说明书

空心管状结构的生物碳用锂离子电池负极材料的制备方法，以废弃的生物质预制体为碳源，将洗干净的生物质预制体放置在充满Ar的真空管式炉中高温碳化，反应结束后自然冷却至室温，收集粉体并洗涤得到空心管状结构的碳材料，该空心管状结构的生物碳长度为5～100μm，内径为2～5μm，壁厚为200nm～1μm。以其作为锂离子电池负极材料，具有优异的电化学性能。本发明工艺简单，制备周期短，且实现废物循环利用，能耗低，节约生产成本，适合大规模生产制备。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极用生物碳质负极材料的制备，具体涉及一种空心管状结构的生物碳用锂离子电池负极材料及制备方法。

背景技术

锂离子电池由于高的能量密度、长循环寿命、环境友好性、无记忆效应等作为储能材料被广泛应用，如电动汽车和便携式电子设备手机、数码相机和笔记本电脑等。由于负极活性材料是锂离子电池最重要的组成部分之一，因此，研发高性能的负极材料成为锂离子电池发展的关键所在。最早使用的商业化的负极材料是石墨类碳材料，但是石墨类负极价格昂贵不利于其大规模应用，随后研究者将目光转向非石墨化的碳材料，例如硬碳具有较大的层间距、无定型多孔结构，有利于锂离子的脱嵌和迁移，成为具有应用前景的负极材料。

目前，研究者多以生物质碳为原料，采用高温煅烧的方法制备硬碳。例如，ElmiraMemarzadeh Lotfabad等以香蕉皮作为原料，制备的具有多孔结构的硬碳600次循环之后的容量保持在600mAh g^-1(High-Density Sodium and Lithium Ion Battery Anodes fromBanana Peels.ACS Nano.8(2014)7115-7129)。Huanlei Wang等以花生皮为原料，采用碳化-活化的工艺过程，制备的硬碳具有分层的多孔结构，以其作为钠离子电池负极材料，200圈之后的容量保持率为83-86％(Biomass derived hierarchical porous carbons ashigh-performance anodes for sodium-ion batteries.Electrochimica Acta.188(2016)103-110.)。可见生物质硬碳类负极材料的确具有较好的储锂/钠性能，但是目前报道的硬碳类材料均来源于生物质，如香蕉皮、花生皮、树叶、蘑菇、柳絮等，而生物质材料的生存具有季节性，不利于此类材料的大规模生产利用。因此，生物质碳材料的来源有待继续开发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空心管状结构的生物碳用锂离子电池负极材料及制备方法，所制备的空心管状结构的生物碳，能够实现废物利用且制备方法简单，作为锂离子电池负极材料具有较高的容量和较好的循环稳定性。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案：

空心管状结构的生物碳用锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将废弃的生物质预制体洗涤后，剪碎得到碎片A；

2)将碎片A在酸液中浸泡，然后冲洗直到碎片A中无残留的酸液后，干燥得到碎片B；

3)将碎片B放置在充满Ar的真空管式炉中，在400～1200℃保温0.5h～6h，反应结束后洗涤、烘干得到生物质碳粉体。

生物质预制体为废弃的化妆棉、A4纸或滤纸；

所述步骤1)中酸液为硫酸、盐酸或硝酸。

所述步骤1)中酸液的浓度为5～15mol/L。

所述步骤2)中浸泡的时间为10～120min，

所述步骤3)中以1～20℃/min的升温速率升温至400～1200℃。

所述步骤3)中Ar流量为100sscm。

所述步骤3)中洗涤是采用水和无水乙醇反复洗涤。