水熱活化的劍麻炭纖維制備鋰離子電池負(fù)極材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種水熱活化的劍麻炭纖維制備鋰離子電池負(fù)極材料的方法。將劍麻纖維進(jìn)行去屑、水洗和烘干預(yù)處理，然后直接進(jìn)行炭化，炭化后所得的劍麻炭纖維經(jīng)過(guò)水熱活化處理后即可制得鋰離子電池負(fù)極材料。以鋰片為正極材料、以水熱處理制得的劍麻活性炭纖維樣品經(jīng)研磨后做為負(fù)極材料組裝成鋰離子電池，進(jìn)行恒流充放電測(cè)試，結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)水熱活化處理后的劍麻炭纖維相比于未經(jīng)處理的劍麻炭纖維和市售活性炭有著更加優(yōu)良的電化學(xué)性能。
【專利說(shuō)明】 水熱活化的劍麻炭纖維制備鋰離子電池負(fù)極材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及ー種水熱活化的劍麻炭纖維制備鋰離子電池負(fù)極材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池的出現(xiàn)，不僅徹底改變了便攜式電子市場(chǎng)，而且最近幾年已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于電動(dòng)汽車，越來(lái)越深刻地影響著人們的日常生活。雖然目前技術(shù)水平日益成熟，大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化也已開(kāi)始形成，但是鋰離子電池依然存在諸多的不足，例如成本過(guò)高、安全性差和使用壽命短等，其中最關(guān)鍵的影響因素就是鋰離子電池的電極材料。隨著人們生活水平的提高,鋰離子電池的需求量日漸増大,對(duì)性能也提出了越來(lái)越高的要求，因此尋找低成本、高容量的電極材料成為鋰離子電池發(fā)展和改進(jìn)的主要方向。
[0003]生物質(zhì)材料是全球儲(chǔ)量最豐富的可再生資源，本發(fā)明采用劍麻纖維作為原料制備劍麻炭纖維，并通過(guò)水熱活化后作為鋰離子電池負(fù)極材料，極大地節(jié)約了生產(chǎn)成本，測(cè)試結(jié)果亦表明水熱處理后的劍麻炭纖維具有優(yōu)良的電化學(xué)性能，為鋰離子電池負(fù)極材料的選擇提供了 一種新的可能方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供ー種水熱活化的劍麻炭纖維制備鋰離子電池負(fù)極材料的方法，以降低鋰離子電池的生產(chǎn)成本，提高其使用性能。
[0005]具體步驟為:
(I)預(yù)處理:通過(guò)將劍麻纖維揉搓、洗滌和烘干過(guò)程，除去原始劍麻纖維中夾雜的組織碎屑。
[0006](2)將步驟(I)得到的劍麻纖維置于真空管式電阻爐中，在氣體流量為40ml/min的氮?dú)鈿夥障绿炕?.5-1小時(shí)，炭化溫度為700-1000°C，升溫速率為l-10°C/min，自然冷卻后即獲得黒色纖維狀的劍麻炭纖維，裝袋密封保存以備用。
[0007](3)將2-3克步驟(2)得到的劍麻炭纖維置于洗凈的燒杯中，再加入75_85ml去離子水，用玻璃棒攪拌10-15分鐘后將混合液移入內(nèi)襯為聚四氟こ烯的高壓反應(yīng)釜內(nèi)，使混合液體積為高壓反應(yīng)釜體積的75-85%，然后放入智能烘箱中在120 _160°C中恒溫5_12小吋，自然冷卻至室溫后，過(guò)濾，用去離子水沖洗至中性，于烘箱中經(jīng)60-100°C干燥12-24小時(shí)后，經(jīng)機(jī)械研磨至粒徑為100-300目，得到鋰離子電池負(fù)極材料。
[0008](4)將步驟(3)得到的負(fù)極材料、導(dǎo)電劑こ炔黑以及粘結(jié)劑聚偏氟こ烯(PVDF)按質(zhì)量比90:2:8混合，每克負(fù)極材料加入Iml的N-甲基吡咯烷酮(NMP)后攪拌均勻，涂抹在集流體銅箔上，干燥后壓制成直徑為16_的圓片，此即為負(fù)極極片。
[0009](5)以鋰片為正極、步驟(4)得到的負(fù)極極片為負(fù)扱、Celgard2400微孔聚丙烯膜為隔膜、lmol/L的LiPF6/EC(碳酸こ烯酷)+DMC(碳酸ニ甲酷)+ DEC (碳酸ニこ酷)作為電解液(電解液中LiPF6為溶質(zhì)，溶劑EC+DMC +DEC的體積比為1:1:1 )，在手套箱中組裝成CR2025型紐扣電池。[0010](6)將電池封ロ并放置12小時(shí)后測(cè)試，采用深圳新威爾科技有限公司生產(chǎn)的BTS-5V IOmA型紐扣式電池恒流充放電測(cè)試儀，在0-2V的電壓范圍和0.1C的倍率下進(jìn)行恒流充放電測(cè)試，結(jié)果表明:
經(jīng)過(guò)水熱處理后，劍麻炭纖維的電化學(xué)性能比未處理的有較大的提高，首次放電比容量達(dá)到835 mAh/g以上，其中經(jīng)140°C水熱處理的劍麻炭纖維容量最高，首次放電比容量達(dá)939 mAh/g，30個(gè)充放電循環(huán)后仍能維持在242mAh/g，是第二次放電比容量的88%。而未經(jīng)化學(xué)或物理方法改性的劍麻炭纖維首次充放電容量?jī)H為440 mAh/g, 30個(gè)循環(huán)后僅剩82mAh/g，僅為第二次放電比容量的58%，可見(jiàn)未經(jīng)處理的劍麻炭纖維無(wú)論是容量性能還是循環(huán)性能均比經(jīng)過(guò)水熱處理的差。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為未處理的劍麻炭纖維與經(jīng)120°C?160°C不同溫度水熱處理得到的劍麻炭纖維做負(fù)極材料的循環(huán)性能對(duì)比圖。
[0012]圖2為市售活性炭、未經(jīng)處理的劍麻炭纖維及經(jīng)140°C水熱處理的劍麻炭纖維分別做負(fù)極材料的循環(huán)性能對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例1:
(I)將從劍麻葉中剝離的原始纖維進(jìn)行揉搓去屑，用去離子水洗滌后在80°C條件下經(jīng)12小時(shí)烘干。
[0014](2)將步驟(I)得到的劍麻纖維置于真空管式電阻爐中，在氣體流量為40ml/min的氮?dú)鈿夥障绿炕疘小吋，炭化溫度為900°C，升溫速率為3°C /min,自然冷卻后得到劍麻炭纖維，裝袋密封保存。
[0015](3)取3份(每份2g)步驟(2)得到的劍麻炭纖維分別置于IOOml內(nèi)襯聚四氟こ烯的反應(yīng)釜中，分別加入80ml去離子水，分別在120で、140で、160で的溫度下水熱處理6小時(shí)，冷卻至室溫后將樣品過(guò)濾，在80°C烘箱中干燥12小吋。
[0016](4)將步驟(3)得到的劍麻炭纖維以30r/s的轉(zhuǎn)速球磨5小時(shí)，得到3份平均粒徑為300目的炭微粒。
[0017](5)將Ig步驟(4)中得到的炭微粒、0.022gこ炔黑和0.089g PVDF混合，加入ImlNMP后攪拌均勻至糊狀，再均勻涂抹在厚度為10 ii m的銅箔上，于100°C條件下真空干燥16小時(shí)，用壓片機(jī)將銅箔壓制成直徑為16_的圓片，此即為負(fù)極極片。
[0018](6)以鋰片為正極，步驟(5)中得到的負(fù)極極片為負(fù)扱，Celgard2400微孔聚丙烯膜為隔膜，lmol/L的LiPF6/EC+DMC+DEC (體積比1:1:1)作為電解液，在充滿高純氬氣的的手套箱中組裝成CR2025型紐扣電池。
[0019](7)將電池封ロ并放置12小時(shí)后測(cè)試，采用深圳新威爾科技有限公司生產(chǎn)的BTS-5V IOmA型紐扣式電池恒流充放電測(cè)試儀，在0-2V的電壓范圍和0.1C的倍率下進(jìn)行30次恒流充放電測(cè)試。
[0020]測(cè)試結(jié)果(見(jiàn)圖1)表明，經(jīng)過(guò)水熱活化處理的劍麻炭纖維作負(fù)極材料的首次放電比容量達(dá)到了 835 mAh/g以上，其中經(jīng)140°C水熱處理的劍麻炭纖維容量最高，首次放電比容量達(dá)939 mAh/g, 30個(gè)充放電循環(huán)后仍能維持在242mAh/g，是第二次放電比容量的88%。
[0021]對(duì)比實(shí)施例:
取Ig市售活性炭代替實(shí)施例1中的炭微粒作為負(fù)極材料，按“實(shí)施例1”中(5)、(6)、
(7)步組裝成電池并進(jìn)行測(cè)試。
[0022]測(cè)試結(jié)果(見(jiàn)圖2)表明，活性炭作負(fù)極材料的首次放電比容量?jī)H為353 mAh/g，而且不是很穩(wěn)定，起伏變化較大，30個(gè)循環(huán)后放電比容量為130 mAh/g。
【權(quán)利要求】
1.一種水熱活化劍麻炭纖維制備鋰離子電池負(fù)極材料的方法，其特征在于具體步驟為: (1)預(yù)處理:通過(guò)將劍麻纖維揉搓、洗滌和烘干過(guò)程，除去原始劍麻纖維中夾雜的組織碎屑； (2)將步驟(I)得到的劍麻纖維置于真空管式電阻爐中，在氣體流量為40ml/min的氮?dú)鈿夥障绿炕?.5-1小時(shí)，炭化溫度為700-1000°C，升溫速率為l-10°C/min，自然冷卻后即獲得黑色纖維狀的劍麻炭纖維，裝袋密封保存以備用； (3)將2-3克步驟(2)得到的劍麻炭纖維置于洗凈的燒杯中，再加入75-85ml去離子水，用玻璃棒攪拌10-15分鐘后將混合液移入內(nèi)襯為聚四氟こ烯的高壓反應(yīng)釜內(nèi)，使混合液體積為高壓反應(yīng)釜體積的75-85%，然后放入智能烘箱中在120 -160°C中恒溫5-12小吋，自然冷卻至室溫后，過(guò)濾,用去離子水沖洗至中性，于烘箱中經(jīng)60-100°C干燥12-24小時(shí)后，經(jīng)機(jī)械研磨至粒徑為100-300目，得到鋰離子電池負(fù)極材料。
【文檔編號(hào)】H01M4/583GK103441280SQ201310416551
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】覃愛(ài)苗, 余心亮, 余衛(wèi)平, 杜銳, 韋春 申請(qǐng)人:桂林理工大學(xué)