本發(fā)明涉及一種新型生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法。

背景技術(shù)：

1、鎂金屬是一種很有前途的超鋰離子電池陽極候選者，因為鎂負(fù)極的體積比容量為3833mah/cm-3，將近是鋰金屬(2046mah?cm-3)的兩倍；鎂負(fù)極還具有低的還原電位(-2.37vvs標(biāo)準(zhǔn)氫電極)；此外鎂金屬資源豐富、高安全性能及其高能量密度、低價格及其環(huán)保性受到越來越多的關(guān)注，在對電池體積要求較低的大規(guī)模儲能系統(tǒng)中，鎂離子電池有望成為下一代電池體系的理想選擇。

2、在常規(guī)電解液中，由于化學(xué)上不穩(wěn)定的溶劑化物質(zhì)的還原而產(chǎn)生的離子鈍化界面層會阻礙mg0/mg2+反應(yīng)。大量研究已經(jīng)證實生物質(zhì)炭具備一定的金屬離子導(dǎo)通性，而在鎂金屬電池中較好的離子導(dǎo)通性是生物質(zhì)炭成為鎂金屬負(fù)極表面人造sei(solid?electrolyteinterface)的先決條件。因此通過對生物質(zhì)炭進行改性處理進一步提高離子電導(dǎo)有助于提高鎂金屬負(fù)極在循環(huán)過程中的反應(yīng)動力學(xué)。因此通過將改性后的生物質(zhì)炭和鎂金屬制備改性生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材料，將離子電導(dǎo)提升后的改性生物質(zhì)炭作為鎂金屬表面的人造sei，有望提高復(fù)合材料金屬負(fù)極的電化學(xué)性能。并且將生物質(zhì)材料和廢棄物合理轉(zhuǎn)化為功能材料是處理日常生活、制造業(yè)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的生物材料和廢棄物的一種環(huán)境友好和可持續(xù)的選擇，基于生物質(zhì)的材料已在許多實際應(yīng)用中得到應(yīng)用。

3、因此急需一種工藝簡單，成本低廉的方法使生物質(zhì)炭離子電導(dǎo)進一步提高以此滿足改性后的生物質(zhì)炭可作為人造的鎂離子保護界面層的需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了進一步提高作為鎂金屬表面人造保護界面的生物質(zhì)炭的離子電導(dǎo)，提出了一種高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法。

2、本發(fā)明高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法按照以下步驟進行：

3、一、原材料準(zhǔn)備：稱取生物質(zhì)炭、金屬基體和過氧化氫作為原料；

4、二、前驅(qū)體制備：

5、將步驟一中的過氧化氫配置成過氧化氫水溶液，之后將生物質(zhì)炭置于過氧化氫水溶液中攪拌，隨后過濾獲得到過氧化氫與生物質(zhì)炭的混合物；

6、三、預(yù)制體處理：

7、將步驟二中過氧化氫與生物質(zhì)炭的混合物除去殘留的過氧化氫，之后將處理后的生物質(zhì)炭置于真空烘箱中干燥得到預(yù)制體；

8、四、改性的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材料的制備：

9、將步驟三中獲得的預(yù)制體和步驟一中的金屬基體在保護氣氛下通過壓力浸滲工藝制備成生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片。

10、本發(fā)明具備以下有益效果：

11、1、本發(fā)明給出了一種提高生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材料離子電導(dǎo)的方法，利用過氧化氫對生物質(zhì)炭進行化學(xué)活化處理，使得生物質(zhì)炭產(chǎn)生了大量缺陷且比表面積明顯增大，增大鎂離子的接觸位點以及縮短鎂離子的傳輸路徑，從而進一步提高化學(xué)反應(yīng)速率和優(yōu)化離子導(dǎo)通性。利用自排氣壓力浸滲技術(shù)制備改性的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材料。作為鎂金屬負(fù)極表面人造sei的改性生物質(zhì)炭使得鎂金屬負(fù)極極片在常規(guī)電解液中循環(huán)過程中過電勢明顯降低，反應(yīng)動力學(xué)得到有效提高。

12、2、本發(fā)明實現(xiàn)了將生物質(zhì)材料和廢棄物合理轉(zhuǎn)化為功能材料，這是處理日常生活、制造業(yè)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的生物材料和廢棄物的一種環(huán)境友好和可持續(xù)的選擇。本發(fā)明利用多孔炭材料的高比表面積以及可調(diào)制的化學(xué)組分，有利于能量存儲與轉(zhuǎn)換相關(guān)的應(yīng)用，發(fā)揮了其功能材料屬性。

13、3、本發(fā)明原材料成本低、綠色環(huán)?？稍偕娀瘜W(xué)極片制備一體成型，簡單有效，人造保護界面通過簡單的活化處理即可實現(xiàn)性能的有效提高，滿足產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法，其特征在于：高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法按照以下步驟進行：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法，其特征在于：步驟一所述的生物質(zhì)炭為塊體或者粉體。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法，其特征在于：步驟一所述的粉體的顆粒尺寸為50～300μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法，其特征在于：步驟一所述的金屬基體為純鎂及鎂合金，所述鎂合金為mg-al合金、mg-al-zn-mn合金、mg-al-si合金及mg-si合金中的一種或其中幾種的組合。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法，其特征在于：步驟二所述的過氧化氫水溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20～50％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法，其特征在于：步驟二所述的生物質(zhì)炭置于過氧化氫水溶液中攪拌的溫度為25～200℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法，其特征在于：步驟二所述的生物質(zhì)炭置于過氧化氫水溶液中攪拌的時間為2～48h。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法，其特征在于：步驟三所述的過氧化氫與生物質(zhì)炭的混合物中除去殘留的過氧化氫的方式為離心或者過濾，然后通過去離子水反復(fù)洗滌，其中離心轉(zhuǎn)速為3000～5000rpm,離心時間為0.5～1h。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法，其特征在于：步驟四所述的壓力浸滲工藝中預(yù)熱溫度為600～650℃，浸滲溫度為800～890℃，保護氣氛為氦氣、氮氣或氬氣。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法，其特征在于：步驟四所述的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片中生物質(zhì)炭的體積分?jǐn)?shù)為60％～80％，金屬基體為余量。

技術(shù)總結(jié)
一種高離子電導(dǎo)的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法，涉及一種新型生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材負(fù)極極片的制備方法。為了解決作為鎂金屬表面人造保護界面的生物質(zhì)炭的的離子電導(dǎo)不高的問題。本發(fā)明提高生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材料離子電導(dǎo)的方法利用過氧化氫對生物質(zhì)炭進行刻蝕處理，使得生物質(zhì)炭產(chǎn)生了大量缺陷，利用自排氣壓力浸滲技術(shù)制備改性的生物質(zhì)炭/鎂復(fù)合材料。作為鎂金屬負(fù)極表面人造SEI的改性生物質(zhì)炭使得鎂金屬負(fù)極極片在常規(guī)電解液中循環(huán)過程中過電勢明顯降低，反應(yīng)動力學(xué)得到有效提高。本發(fā)明原材料成本低、綠色環(huán)?？稍偕娀瘜W(xué)極片制備一體成型，簡單有效，人造保護界面通過簡單的活化處理即可實現(xiàn)性能的有效提高，滿足產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：武高輝,王琳,衛(wèi)增巖,孫凱,楊文澍
受保護的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19