[发明专利]一种中药渣制备硬碳负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种中药渣制备硬碳负极材料的方法，包括：A)采用酸溶液浸泡中药渣，得到浸泡后的中药渣；B)将浸泡后的中药渣惰性气体保护下热处理，得到硬碳前驱体；所述热处理温度为200～700℃；所述热处理时间为0.5～5h；C)在惰性气体保护下将硬碳前驱体碳化，得到碳质材料；所述碳化的温度为1000～1600℃；所述碳化的时间为1～10h；D)将碳质材料改性处理、球磨、分级得到硬碳负极材料。本发明采用废弃中药渣为原料制备硬碳材料，成本低廉，来源广泛；同时本发明采用酸处理、特定的热处理以及碳化参数，同时结合改性处理，可以降低锂离子的损耗，最终制备得到的硬碳材料的首次库伦效率高，放电容量高。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种中药渣制备硬碳负极材料及其制备方法。

背景技术

随着生活环境问题的日益突出，人们对电动汽车与混合型电动汽车的需求不断增加，开发能量密度高、负载特性好、充放电快、安全性能高、循环寿命长、成本低的锂离子电池电极材料成为国际上的研究热点。负极材料作为一种重要的电极材料，应用最为广泛的是石墨或石墨改性材料，虽然其导电性好、结晶度高，具有良好的充放电平台，但由于石墨的层状结构，与有机溶剂的相溶性差，在锂离子电池充放电过程中，容易发生溶剂离子共嵌入而引起结构破坏，从而影响石墨负极材料的循环稳定性与库伦效率，尤其是降低了石墨负极材料的倍率性能，一定程度上限制了石墨类负极材料在动力电池上的应用。

软碳由于输出电压较低、无明显充放电平台，通常需要改性后才能作为锂离子电池负极材料使用；硬碳一般是用高分子聚合物或生物质经过高温裂解形成，与石墨类负极材料相比，具有比容量高、倍率性能好，循环性能优异与碳酸丙烯酯PC电解液相溶性好的优点，更适宜在动力电池上得到应用。

目前，生产硬碳的原料主要是热塑性树脂、热固性树脂、沥青等，成本较高，工艺复杂，也有专利提到用来源于植物的有机物，如咖啡渣、椰壳、秸秆、稻壳等，但制备的负极材料仍存在首次库伦效率低、放电容量低的劣势。

我国是中药生产和使用大国，据统计全国每年仅植物类药渣的排放量就高达65万吨，药渣多采用堆放、填埋和焚烧方式，不仅处理成本高，也造成资源浪费和环境污染。因此寻找一种利用中药渣制备硬碳材料的方法成为当务之急。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种中药渣制备硬碳负极材料的方法，本发明提供的种中药渣制备硬碳负极材料的方法不仅可以废物利用，同时首次库伦效率高，放电容量高。

本发明提供了一种中药渣制备硬碳负极材料的方法，包括：

A)采用酸溶液浸泡中药渣，得到浸泡后的中药渣；

B)将浸泡后的中药渣惰性气体保护下热处理，得到硬碳前驱体；所述热处理温度为200～700℃；所述热处理时间为0.5～5h；

C)在惰性气体保护下将硬碳前驱体碳化，得到碳质材料；所述碳化的温度为1000～1600℃；所述碳化的时间为1～10h；

D)将碳质材料改性处理、球磨、分级得到硬碳负极材料。

优选的，步骤A)所述酸溶液盐酸溶液或硫酸溶液；所述酸溶液的浓度为2～5mol/L；所述酸溶液的体积与中药渣的质量为0.5～2L：90～110g。

优选的，步骤A)所述浸泡温度为20℃～60℃；所述浸泡时间为1～3h；所述浸泡的同时搅拌；所述搅拌速度为100～400rpm。

优选的，步骤B)所述热处理温度为250～500℃；所述热处理时间为1～3h；所述惰性气体流量为5～30ml/min。

优选的，步骤C)所述碳化的温度为1050～1500℃；所述碳化的时间为1.5～8h；所述惰性气体流量为5～30ml/min。