本發(fā)明涉及一種淀粉基炭微球的制備方法，特別涉及一種粉基炭微球/金屬氧化物負極材料的制備方法。

背景技術(shù)：

在炭微球作為一種重要的炭材料，由于具有優(yōu)異的耐熱性、耐腐蝕性、可調(diào)控的表面積、較高的堆積密度和較高的機械強度等優(yōu)點，在許多高新技術(shù)領(lǐng)域如鋰離子二次電池電極材料和高性能吸附材料等方面得到廣泛的應用。炭微球可以由多種前驅(qū)體制得，如瀝青、生物質(zhì)和聚合物等。通常炭微球的制備流程中都包含成球的程序，主要的成球方法包括：熱縮聚法、乳液法、直接熱解法、懸浮法、電弧放電法、模板法、化學氣相沉積法等。成球工藝比較復雜，且對設備要求嚴格，所用原材料均為不可再生資源（如：石油、瀝青等）和對環(huán)境污染嚴重的有機化合物，不能滿足“綠色化工”的要求。因此，尋找制備炭微球的新型原材料和探索新的制備工藝是解決現(xiàn)有問題的關(guān)鍵所在。

由于日趨嚴重的環(huán)境問題和化石燃料資源的日益緊缺，以生物質(zhì)資源為原料制備炭材料成為一個重要的研究課題。Yi 等人以葡萄糖為原料，160℃下反應 6h，再在 500℃下加熱反應 4h 后得到炭微球[Yi Z H，Liang Y G，Lei X F.Lower-temperature synthesis of nanosized disordered carbon spheres as anode material for lithium ion batteries [J]，Materials Letters，2007：13-17.]。

淀粉作為制備炭材料的原料，具有綠色環(huán)保、來源廣泛、無污染、可再生等特點。此外，淀粉顆粒具有天然的球型形貌，制備保持淀粉形貌的炭微球，有利于實現(xiàn)緊密堆積，從而可制備高密度的電極，球型片層結(jié)構(gòu)使鋰離子可以在球的各個方向插入和放出，利于緩解充放電過程中的體積變化，保持優(yōu)越的循環(huán)穩(wěn)定性。

過渡金屬氧化物作為鋰離子電池負極材料具有理論容量高、價格低廉、無毒等優(yōu)點，但是在充放電過程中金屬氧化物體積膨脹大，導致其容量衰減非?？欤涣硗饨饘傺趸镫妼实?，導致其倍率性能差。而通過與炭微球復合后，它們各自的優(yōu)缺點得到相互彌補，電化學性能得到極大改善。羅楊麗利用水熱法制得γ-MnO2@C核殼結(jié)構(gòu)復合材料[羅楊麗.碳球/MnO2的水熱合成及超級電容性能研究.[D].重慶：重慶大學化學化工學院.2012.]。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種簡單方便的高性能淀粉基炭微球/金屬氧化物負極材料的制備方法，按下列方法制得:

步驟一：將原料在氧化氣氛中以一定升溫速率加熱至150-300℃，恒溫2-15小時進行穩(wěn)定化處理。

步驟二：取步驟一所得產(chǎn)物與金屬鹽在乙醇中混合，在50-90℃下攪拌蒸干。

步驟三：取步驟二所得產(chǎn)物在惰性氣體的保護下，以一定升溫速率升至400-800℃，恒溫熱處理2-6小時，之后冷卻至室溫，制得表面負載金屬氧化物的淀粉基炭微球。

本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案是：氧化溫度230-250℃，時間6-10小時。

本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案是：碳化溫度500-700℃，時間3-5小時。

另外本發(fā)明提供一種淀粉基炭微球/金屬氧化物復合材料制備的鋰離子電池負極材料。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明實施例1所采用的馬鈴薯淀粉原料的掃描電鏡照片。

附圖2為本發(fā)明實施例1制得的淀粉基炭微球/金屬氧化物復合材料的掃描電鏡照片。

附圖3為本發(fā)明實施例1制得的淀粉基炭微球/金屬氧化物復合材料的掃描電鏡放大照片。

附圖4為本發(fā)明實施例1制得的淀粉基炭微球/金屬氧化物復合材料的充放電曲線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明：

實施例1

取適量馬鈴薯淀粉，在空氣氛圍中，從室溫以1℃/min的升溫速率升溫至230℃，恒溫8小時，自然冷卻，得到穩(wěn)定化淀粉；將20mg穩(wěn)定化淀粉分散在乙醇中，加入43.7mg硝酸鐵，在80℃下攪拌蒸干；將得到的樣品放入炭化爐中，在氮氣氣氛下，升溫速率為1℃/min,升溫至500℃，保溫3小時，自然冷卻，即得到淀粉基炭微球/氧化鐵復合材料。如附圖2及附圖3掃描電鏡（SEM）所示淀粉球型形貌保持完好，氧化鐵顆粒分布均勻。如附圖4電化學性能測試結(jié)果表明，該電極材料在1A·g^-1的電流密度下的首次放電比容量達699.7 mAh·g^-1,首次充電比容量可以達到413.6 mAh·g^-1；在1A·g^-1電流密度下循環(huán)20次后，放電比容量能保持315.8 mAh·g^-1。

實施例2

取適量馬鈴薯淀粉，在空氣氛圍中，從室溫以1℃/min的升溫速率升溫至230℃，恒溫8小時，自然冷卻，得到穩(wěn)定化淀粉；將20mg穩(wěn)定化淀粉分散在乙醇中，加入21.89mg硝酸鐵，在80℃下攪拌蒸干；將得到的樣品放入炭化爐中，在氮氣氣氛下，升溫速率為1℃/min,升溫至500℃，保溫3小時，自然冷卻，即得到淀粉基炭微球/氧化鐵復合材料。電化學性能測試結(jié)果表明，該電極材料在0.05 A·g^-1的電流密度下的首次放電比容量可以達到967.5mAh·g^-1,首次可逆比容量達512.8mAh·g^-1。

實施例3

取適量馬鈴薯淀粉，在空氣氛圍中，從室溫以1℃/min的升溫速率升溫至230℃，恒溫8小時，自然冷卻，得到穩(wěn)定化淀粉；將20mg穩(wěn)定化淀粉分散在乙醇中，加入121.26mg硝酸鈷，在70℃下攪拌蒸干；將得到的樣品放入炭化爐中，在氮氣氣氛下，升溫速率為0.5℃/min,升溫至500℃，保溫3小時，自然冷卻，即得到淀粉基炭微球/氧化鈷復合材料。電化學性能測試結(jié)果表明，該電極材料在0.05 A·g^-1的電流密度下的首次放電比容量可以達到1028.6mAh·g^-1,首次可逆比容量達533.7mAh·g^-1。

實施例4

取適量馬鈴薯淀粉，在空氣氛圍中，從室溫以1℃/min的升溫速率升溫至230℃，恒溫8小時，自然冷卻，得到穩(wěn)定化淀粉；將20mg穩(wěn)定化淀粉分散在乙醇中，加入60.59mg硝酸鎳，在80℃下攪拌蒸干；將得到的樣品放入炭化爐中，在氮氣氣氛下，升溫速率為2℃/min,升溫至500℃，保溫3小時，自然冷卻，即得到淀粉基炭微球/氧化鎳復合材料。電化學性能測試結(jié)果表明，該電極材料在0.05 A·g^-1的電流密度下的首次放電比容量可以達到936.8mAh·g^-1,首次可逆比容量達494.5mAh·g^-1。

以上已對本發(fā)明的較佳實施例進行了具體說明，但本發(fā)明并不限于所述實施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可作出種種的等同的變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。