水熱活化的劍麻炭纖維制備鋰離子電池負極材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水熱活化的劍麻炭纖維制備鋰離子電池負極材料的方法。將劍麻纖維進行去屑、水洗和烘干預處理，然后直接進行炭化，炭化后所得的劍麻炭纖維經(jīng)過水熱活化處理后即可制得鋰離子電池負極材料。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)研磨后做為負極材料組裝成鋰離子電池，進行恒流充放電測試，結果顯示，經(jīng)過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)良的電化學性能。
【專利說明】 水熱活化的劍麻炭纖維制備鋰離子電池負極材料的方法
【技術領域】
[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極材料的方法。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池的出現(xiàn)，不僅徹底改變了便攜式電子市場，而且最近幾年已經(jīng)開始應用于電動汽車，越來越深刻地影響著人們的日常生活。雖然目前技術水平日益成熟，大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化也已開始形成，但是鋰離子電池依然存在諸多的不足，例如成本過高、安全性差和使用壽命短等，其中最關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,對性能也提出了越來越高的要求，因此尋找低成本、高容量的電極材料成為鋰離子電池發(fā)展和改進的主要方向。
[0003]生物質材料是全球儲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，并通過水熱活化后作為鋰離子電池負極材料，極大地節(jié)約了生產(chǎn)成本，測試結果亦表明水熱處理后的劍麻炭纖維具有優(yōu)良的電化學性能，為鋰離子電池負極材料的選擇提供了 一種新的可能方向。

【發(fā)明內容】

[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)預處理:通過將劍麻纖維揉搓、洗滌和烘干過程，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的氮氣氣氛下炭化0.5-1小時，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襯為聚四氟こ烯的高壓反應釜內，使混合液體積為高壓反應釜體積的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小時后，經(jīng)機械研磨至粒徑為100-300目，得到鋰離子電池負極材料。
[0008](4)將步驟(3)得到的負極材料、導電劑こ炔黑以及粘結劑聚偏氟こ烯(PVDF)按質量比90:2:8混合，每克負極材料加入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，此即為負極極片。
[0009](5)以鋰片為正極、步驟(4)得到的負極極片為負扱、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，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小時后測試，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試儀，在0-2V的電壓范圍和0.1C的倍率下進行恒流充放電測試，結果表明:
經(jīng)過水熱處理后，劍麻炭纖維的電化學性能比未處理的有較大的提高，首次放電比容量達到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939 mAh/g，30個充放電循環(huán)后仍能維持在242mAh/g，是第二次放電比容量的88%。而未經(jīng)化學或物理方法改性的劍麻炭纖維首次充放電容量僅為440 mAh/g, 30個循環(huán)后僅剩82mAh/g，僅為第二次放電比容量的58%，可見未經(jīng)處理的劍麻炭纖維無論是容量性能還是循環(huán)性能均比經(jīng)過水熱處理的差。
【專利附圖】

【附圖說明】
[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極材料的循環(huán)性能對比圖。
[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極材料的循環(huán)性能對比圖。
【具體實施方式】
[0013]實施例1:
(I)將從劍麻葉中剝離的原始纖維進行揉搓去屑，用去離子水洗滌后在80°C條件下經(jīng)12小時烘干。
[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的氮氣氣氛下炭化I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內襯聚四氟こ烯的反應釜中，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，冷卻至室溫后將樣品過濾，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的轉速球磨5小時，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，用壓片機將銅箔壓制成直徑為16_的圓片，此即為負極極片。
[0018](6)以鋰片為正極，步驟(5)中得到的負極極片為負扱，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小時后測試，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試儀，在0-2V的電壓范圍和0.1C的倍率下進行30次恒流充放電測試。
[0020]測試結果(見圖1)表明，經(jīng)過水熱活化處理的劍麻炭纖維作負極材料的首次放電比容量達到了 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939 mAh/g, 30個充放電循環(huán)后仍能維持在242mAh/g，是第二次放電比容量的88%。
[0021]對比實施例:
取Ig市售活性炭代替實施例1中的炭微粒作為負極材料，按“實施例1”中(5)、(6)、
(7)步組裝成電池并進行測試。
[0022]測試結果(見圖2)表明，活性炭作負極材料的首次放電比容量僅為353 mAh/g，而且不是很穩(wěn)定，起伏變化較大，30個循環(huán)后放電比容量為130 mAh/g。
【權利要求】
1.一種水熱活化劍麻炭纖維制備鋰離子電池負極材料的方法，其特征在于具體步驟為: (1)預處理:通過將劍麻纖維揉搓、洗滌和烘干過程，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的氮氣氣氛下炭化0.5-1小時，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襯為聚四氟こ烯的高壓反應釜內，使混合液體積為高壓反應釜體積的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小時后，經(jīng)機械研磨至粒徑為100-300目，得到鋰離子電池負極材料。
【文檔編號】H01M4/583GK103441280SQ201310416551
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權日:2013年9月13日
【發(fā)明者】覃愛苗, 余心亮, 余衛(wèi)平, 杜銳, 韋春 申請人:桂林理工大學