[发明专利]物理活化法制备竹炭基锂离子电池电极材料的方法

说明书

本发明公开了一种物理活化法制备竹炭基锂离子电池电极材料的方法，包括：将竹子清洗后，烘干；将烘干后的竹子置于瓷舟中，并放置在高温炉内，在氩气保护下，高温炭化，得到竹碳；将竹碳研磨成粉末，过筛，获得颗粒均匀的竹碳粉末；将竹炭粉末通入二氧化碳高温活化，自然冷却，得到活化后的竹炭材料；将竹炭材料分别通过去离子水和乙醇浸泡，得到竹炭基锂离子电池电极材料。本发明的制备方法具有操作简单易行，可重复性强，成本低，对环境无污染的特点。利用本方法制备的竹炭材料作为锂离子电池电极材料，此炭化及清洁的物理活化制备方法能够有效增大材料比表面积，从而进一步提高电池容量，增强其循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料制备领域，涉及了一种竹炭材料，具体涉及一种利用竹材通过炭化及物理活化的方法制备出应用于锂离子电池的竹炭电极材料。

背景技术

锂离子电池由于其体积小、能量密度高，是一种非常有前景的能源，可应用于各类电动设备中。开发新的锂离子电池的电极材料是提高其性能的关键。目前，廉价易得的活性炭材料是应用较广泛的锂离子电池电极材料，其理论容量为372mAh/g。

竹炭是一种廉价、可再生、且环境友好的多孔碳材料，目前广泛应用于有害物质的吸附中。竹及其废料可在氮气保护下高温炭化制备竹炭。竹炭能保持竹的生物网络结构，能够提供锂离子的迁移。因此，竹炭是一种非常有潜力的锂离子电池正极材料。目前仅通过简单的炭化制备的竹炭比电容量较低，其循环性能较差。同时，合适的孔结构非常有利于锂离子的嵌入/脱离，从而具有较好的性能。因此，对竹炭的进一步活化造孔非常关键。目前活化方法主要有物理法和化学法，物理法在二氧化碳或水蒸气存在的情况下对竹炭进行活化，此方法比较清洁环保；而化学活化需要使用大量的KOH、NaOH、H₃PO₄、ZnCl₂等，此方法成本较高，且存在一定的环境污染问题。

在此发明中，以来源丰富的竹炭生物质原材料为前驱体，通过简单的炭化及清洁的物理活化造孔方法，制备出具有高比电容的锂离子电池电极材料，并首次得到高比电容(300.9mAh/g)的竹炭材料，且具有一定的循环使用寿命和稳定性，在0.1C的条件下循环充放电500次后，其比电容仍然保持在52％左右，充分证明本发明方法制备的竹炭材料可以成功的应用于锂离子电极材料上。

发明内容

为了克服目前电池循环性能差，以及原材料价格较贵缺点，本发明的目的在于提供竹炭作为锂离子电极材料的制备方法。采用高温炭化以及清洁的活化方法—物理活化的方式，制备出性能优异且可循环使用寿命长的锂离子电池电极材料。本发明方法具有工艺操作简单、重复性高、成本低廉、原材料来源广泛等特点。

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种物理活化法制备竹炭基锂离子电池电极材料的方法，包括以下步骤：

步骤一、将竹子分别用乙醇和去离子水清洗后，在温度60～120℃下烘干12～48小时；

步骤二、将烘干后的竹子置于瓷舟中，并放置在高温炉内，在氩气保护下，以10-30℃/分钟的升温速度升温至500-1000℃，炭化1-12小时，得到竹碳；

步骤三、将竹碳研磨成粉末，用10～300目的筛子过筛，获得颗粒均匀的竹碳粉末；

步骤四、将竹炭粉末以10-30℃/分钟的升温速度升温至500-1000℃，同时以10-500sccm的速度通入物理活化剂CO₂，活化1-12小时，自然冷却，得到活化后的竹炭材料；

步骤五、将竹炭材料分别通过去离子水和乙醇浸泡，得到竹炭基锂离子电池电极材料。