基于化學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)明公開了一種基于化學活化的劍麻炭纖維制備鋰離子電池負極材料的方法。將劍麻纖維揉搓、洗滌和烘干；用質(zhì)量分數(shù)為15-25%的ZnCl2溶液按ZnCl2和劍麻纖維的質(zhì)量比為2-6:1浸漬比浸泡24小時，用去離子水沖洗，80-100℃經(jīng)12-24小時烘干；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℃，升溫速率為1-10℃/min，自然冷卻后即獲得黑色纖維狀劍活性炭纖維。以鋰片為正極材料、以制得的劍麻活性炭纖維經(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(jié)果顯示，經(jīng)過化學改性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】基于化學活化的劍麻炭纖維制備鋰離子電池負極材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于化學活化的劍麻炭纖維制備鋰離子電池負極材料的方法?！颈尘凹夹g(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，而且最近幾年已經(jīng)開始應(yīng)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(shù)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(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(zhì)材料是全球儲量最豐富的可再生資源，本發(fā)明采用劍麻纖維這ー廣泛而又易得的生物質(zhì)原料制備炭纖維，通過化學活化法處理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(jié)果亦表明處理后的劍麻纖維具有優(yōu)良的電化學性能，為鋰離子電池負極材料的選擇提供了ー種可能的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于化學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(yù)處理:通過將劍麻纖維揉搓、洗滌、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)處理后的劍麻纖維用質(zhì)量分數(shù)為15-25%的ZnCl2溶液按ZnCl2和劍麻纖維的質(zhì)量比為2-6:1的浸潰比浸泡24小時，然后將劍麻纖維上的ZnCl2溶液殘留用去離子水沖洗至中性，80-100°C經(jīng)12-24小時烘干。
[0007](3)將步驟(2)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劍麻活性炭纖維，將劍麻活性炭纖維經(jīng)機械研磨至粒徑為100-300目后即為鋰離子電池負極材料。
[0008](4)將步驟(3)所得電池負極材料、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，每克電池負極材料加入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(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(jié)果表明:
經(jīng)過ZnCl2溶液改性處理后得到劍麻炭纖維的電化學性能比未處理的炭纖維均有較大的提高，首次放電比容量(嵌鋰容量)達到了 545 mAh/g以上，其中經(jīng)25%的ZnCl2溶液以4:1的浸潰比浸泡過的劍麻炭纖維容量最高，首次放電比容量(嵌鋰容量)達629 mAh/g, 30個充放電循環(huán)后仍能維持在190mAh/g，是第二次放電比容量的76% ;而未經(jīng)處理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82 mAh/g，僅為第二次放電比容量的58%。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為未經(jīng)化學處理的劍麻炭纖維與質(zhì)量分數(shù)為25%的ZnCl2溶液按ZnCl2和劍麻纖維的質(zhì)量比為2:1、4:1、6:1浸潰比浸泡過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)化學處理的劍麻炭及經(jīng)質(zhì)量分數(shù)為25%的ZnCl2溶液按ZnCl2和劍麻纖維的質(zhì)量比為4:1的浸潰比浸泡過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)取三份(每份6g)步驟(I)所得的劍麻纖維分別置于燒杯中，用質(zhì)量分數(shù)為25%的ZnCl2溶液分別按照ZnCl2和劍麻纖維的質(zhì)量比為2:1,4:1,6:1的浸潰比浸泡24小吋，然后將ZnCl2溶液殘留用水沖洗至中性，80°C經(jīng)12小時烘干。
[0015](3)將步驟(2)得到的劍麻纖維分別置于50ml坩堝中，然后放入真空管式電阻爐中，在氣體流量為40ml/min的氮氣氣氛下炭化I小時，炭化溫度為900°C，升溫速率為3°C /min,自然冷卻后即獲得黑色纖維狀劍麻活性炭纖維，分別裝袋密封保存。
[0016](4)將步驟(3)得到的劍麻活性炭纖維分別以30r/s的轉(zhuǎn)速球磨5小時，得到平均粒徑為300目的劍麻炭微粒即為鋰離子電池負極材料。
[0017](5)將Ig步驟(4)中得到的劍麻炭微粒、0.022gこ炔黑以及0.089g PVDF混合，加入Iml NMP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，用壓片機將銅箔沖制成直徑為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 (EC:DMC:DEC的體積比為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)將步驟(6)所得電池封ロ并放置12小時后測試，分別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(jié)果(見圖1)表明，經(jīng)過化學方法改性的劍麻炭纖維首次放電比容量(嵌鋰容量)達到了 545 mAh/g以上，其中經(jīng)質(zhì)量分數(shù)為25%的ZnCl2溶液以4:1的浸潰比浸泡過的劍麻炭纖維容量最高，首次放電比容量(嵌鋰容量)達629 mAh/g，30個充放電循環(huán)后仍能維持在190mAh/g，是第二次放電比容量的76%。
[0021]對比實施例:
取Ig市售活性炭代替實施例1中劍麻炭微粒作為電池負極材料，按“實施例1”中(5)、
(6)、(7)步組裝成電池并進行測試。
[0022]測試結(jié)果(見附圖2)表明，市售活性炭作為鋰離子電池負極材料時，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)后放電比容量僅為130 mAh/g°
【權(quán)利要求】
1.一種劍麻纖維為原料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(yù)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)處理后的劍麻纖維用質(zhì)量分數(shù)為15-25%的ZnCl2溶液按ZnCl2和劍麻纖維的質(zhì)量比為2-6:1的浸潰比浸泡24小時，然后將劍麻纖維上的ZnCl2溶液殘留用去離子水沖洗至中性，80-100°C經(jīng)12-24小時烘干； (3)將步驟(2)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劍麻活性炭纖維，將劍麻活性炭纖維經(jīng)機械研磨至粒徑為100-300目后即為鋰離子電池負極材料。
【文檔編號】H01M4/1393GK103441242SQ201310416581
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】覃愛苗, 余心亮, 余衛(wèi)平, 杜銳, 韋春 申請人:桂林理工大學