[发明专利]一种基于生物质的电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于生物质的电池负极材料及其制备方法，先将生物质清洗、干燥、粉碎成粉末，接着将粉末进行酸处理、加热炭化处理，得到多孔炭化产物；然后将醋酸锰加入尿素水溶液中，搅拌混匀，接着加入多孔炭化产物，超声波振荡，抽滤，干燥，得到前驱物；再将前驱物、纳米硅粉、纳米二氧化钛、1‑胺丙基‑3‑甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐加入氢氧化钠溶液中，搅拌混匀，热处理，得到表面修饰的多孔炭化产物；最后在二氧化碳气体氛围下，将表面修饰的多孔炭化产物与氢化锂混合球磨，加热放氢即得。该电池负极材料以生物质为主要原料，绿色环保，倍率性能好，循环稳定性高，具有极好的应用前景。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，涉及一种基于生物质的电池负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有高电压、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，在手机、电脑等电子设备以及汽车、航空航天等领域已有广泛应用。

近年来，锂离子电池已经不能满足高能电源需求的增长，通常来说，锂离子电池的总比容量是由组成电池的各元件共同决定的，而负极材料作为储锂的主体，在充放电过程中实现锂离子的嵌入和脱出，是提高锂离子电池总比容量、循环性、充放电等相关性能的关键。

目前市场上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，但是石墨的离子扩散系数不高、电极表面易形成SEI膜、在充放电过程中会导致三维晶体结构的破坏，所以其倍率性能、循环稳定性都不高，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。其他可做负极的材料，如锡基材料、过渡金属氧化物等，也存在反应电位低，体积变化大等问题，因此影响全电池的倍率性能、循环寿命。

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，倘若将其应用于电池材料制备中将具有极好的推广价值。但是单一的生物质碳与石墨相似，倍率性能和循环稳定性较差，商品化推广意义不大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于生物质的电池负极材料及其制备方法，倍率性能好，循环稳定性高。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于生物质的电池负极材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)先将生物质清洗、干燥、粉碎成50～80目的粉末，接着将粉末进行酸处理、加热炭化处理，得到多孔炭化产物；

(2)然后将醋酸锰加入质量浓度20～30％尿素水溶液中，搅拌混匀，接着加入多孔炭化产物，300～500W超声波振荡4～6小时，抽滤，干燥，得到前驱物；

(3)再将前驱物、纳米硅粉、纳米二氧化钛、1-胺丙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐加入8～10mol/L氢氧化钠溶液中，搅拌混匀，热处理，得到表面修饰的多孔炭化产物；

(4)最后在二氧化碳气体氛围下，将表面修饰的多孔炭化产物与氢化锂混合球磨，加热放氢，即得所述的电池负极材料。

优选的，步骤(1)中，所述生物质选自玉米秸秆、木屑或花生壳中的任一种。

优选的，步骤(1)中，酸处理的具体方法为：将粉末加入5～8倍重量的质量浓度20～30％硝酸溶液中，70～80℃搅拌处理3～4小时，过滤，干燥，得到酸处理产物。

优选的，步骤(1)中，以重量份计，加热炭化处理的具体方法为：将1份酸处理产物、7～9份碳酸钾加入15～18份水中，300～500W超声波振荡处理3～4小时，过滤，干燥，1000～1200℃热处理2～3小时，即得所述的多孔炭化产物。

优选的，步骤(2)中，醋酸锰、尿素水溶液、多孔炭化产物的质量比为1：25～30：15～20。