一種以軋油后的油餅為碳源的電極材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電極材料制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池的發(fā)展源于上世紀(jì)90年代，在過(guò)去的20多年里，鋰電行業(yè)飛速發(fā)展。隨著各國(guó)對(duì)環(huán)境、新能源的重視，鋰離子電池對(duì)環(huán)保、高性能儲(chǔ)鋰正負(fù)極材料的開(kāi)發(fā)提出了更高的要求。一般來(lái)說(shuō)，負(fù)極材料作為鋰離子電池儲(chǔ)鋰的主體，在充放電過(guò)程中實(shí)現(xiàn)鋰離子的嵌入和脫出，是提高鋰離子電池總比容量、循環(huán)性、充放電等相關(guān)性能的關(guān)鍵。目前商業(yè)化的負(fù)極材料主要是以石墨為主的傳統(tǒng)碳材料，而石墨理論的比容量只有372 mAh/g，這大大限制了鋰離子電池總比能量的進(jìn)一步提高。因此，發(fā)展新型具有高比容量的負(fù)極材料十分迫切。
[0003]生物質(zhì)碳源，包括木材、果殼、農(nóng)作物秸桿、豆渣、油餅等，都是生活中常見(jiàn)的固體廢棄物，是一種重要的可再生能源，容易得到、成本低。油餅，例如生活中常見(jiàn)的菜籽餅、花生餅、大豆餅、茶籽餅、葵花籽餅、板栗餅等，有的被當(dāng)做垃圾丟棄，有的作為飼料喂豬吃，而且只有少量的油餅作為油脂原料進(jìn)行加工，可見(jiàn)其綜合利用率低下，造成了資源的巨大浪費(fèi)。目前，很多國(guó)家都在積極研究和開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)能，由于以生物質(zhì)為原料制備的生物炭無(wú)污染、高儲(chǔ)量、可再生等特點(diǎn)，已成為最具發(fā)展?jié)摿Φ男虏牧虾托履茉粗弧Ｒ虼?，用油餅作為原料制備鋰離子電池負(fù)極材料具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]
本發(fā)明的目的是提供一種電化學(xué)性能好，成本低，綠色環(huán)保的油餅碳用于鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法，從而克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種以軋油后的油餅為碳源的電極材料及其制備方法，其特征在于:將油餅研碎后放在氫氟酸和稀硝酸的混合溶液浸泡一段時(shí)間后，洗滌，烘干，然后在惰性氣體保護(hù)下放入管式爐中碳化處理，得到的碳材料經(jīng)研磨后分別通過(guò)引導(dǎo)和促進(jìn)方法，在保護(hù)氣氛下，在高溫?zé)Y(jié)爐中石墨化處理，最終結(jié)晶程度較高的石墨化碳材料，并將其用作鋰離子電池負(fù)極材料。
上述技術(shù)方案中，油餅選自花生餅、菜籽餅、茶籽餅、大豆餅、葵花籽餅、芝麻餅、板栗餅中的一種或多種。
[0006]上述技術(shù)方案中，油餅用氫氟酸和稀硝酸的混合溶液浸泡，浸泡時(shí)間為I?20天，氫氟酸的濃度為0.5%?40%，稀硝酸的濃度為0.5%?50%。。
[0007]上述技術(shù)方案中，碳化處理的溫度為400?1500°C，時(shí)間為I?48小時(shí)；引導(dǎo)和促進(jìn)石墨化的溫度為2000?3000°C。
[0008]上述技術(shù)方案中，引導(dǎo)過(guò)程是將碳粉末與誘導(dǎo)劑混合球磨，球磨時(shí)間為I?24小時(shí)，轉(zhuǎn)速為200?500r/min。
[0009]上述技術(shù)方案中，促進(jìn)過(guò)程是將碳粉末浸泡在催化劑溶液中，浸泡時(shí)間為I?24小時(shí)。
[0010]上述技術(shù)方案中，引導(dǎo)劑選自碳化硼、碳化硅、石墨烯、高純石墨、鱗片石墨、塊狀石墨、土狀石墨中的一種或多種；促進(jìn)劑選自羰基鐵、氯化鐵、氯化亞鐵、溴化鐵、溴化亞鐵、三溴化硼、硼酸、磷酸、亞磷酸中的一種或多種，引導(dǎo)劑和促進(jìn)劑的用量均是油餅碳質(zhì)量的
0.5 ?20%。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
(I)本發(fā)明所用油餅為常見(jiàn)的生物質(zhì)廢棄物，來(lái)源廣泛，價(jià)格便宜，熱解方法簡(jiǎn)單，操作方便，綠色環(huán)保。以軋油后的油餅為碳源分別經(jīng)過(guò)高溫引導(dǎo)石墨化和高溫促進(jìn)石墨化兩種方法得到的碳材料，石墨化程度較高，具有良好的電化學(xué)性能。
[0012](2)高溫引導(dǎo)石墨化所得的碳材料用作鋰離子電池負(fù)極材料在首次充放電循環(huán)后的放電比容量達(dá)到570mAh/g，首次充放電效率為88%，經(jīng)過(guò)500次循環(huán)后，容量保持率為94.4% ;高溫促進(jìn)石墨化所得的碳材料用作鋰離子電池負(fù)極材料在首次充放電循環(huán)后的放電比容量達(dá)到540mAh/g，首次充放電效率為86%，經(jīng)過(guò)500次循環(huán)后，容量保持率為91.2%。
[0013]本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單、容易操作、成本較低，為獲得上述性能優(yōu)良的鋰離子電池負(fù)極材料提供了有效途徑。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0015]實(shí)施例1
將菜籽餅放入氫氟酸和稀硝酸的混合溶液中浸泡3天，用蒸餾水洗滌至中性，然后放入鼓風(fēng)干燥箱中干燥8小時(shí)。再將干燥好的菜籽餅放入管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下500°C燒6個(gè)小時(shí)。所得的菜籽餅碳研磨后分別通過(guò)以下兩種方法處理:①引導(dǎo):將碳粉末與碳化硅混合球磨4小時(shí),轉(zhuǎn)速為300r/min,碳化娃的用量為碳粉末質(zhì)量的5%。②促進(jìn):將碳粉末在羰基鐵溶液浸泡3天，羰基鐵的用量為碳粉末質(zhì)量的5%。最后分別將處理后的碳放入高溫?zé)Y(jié)爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下2100°C燒結(jié)，得到的碳材料用作鋰離子電池負(fù)極材料。
[0016]經(jīng)測(cè)試，高溫引導(dǎo)所得的碳材料用作鋰離子電池負(fù)極材料在首次充放電循環(huán)后的放電比容量達(dá)到570mAh/g，首次充放電效率為88%，經(jīng)過(guò)500次循環(huán)后，容量保持率為94.4% ;高溫促進(jìn)所得的碳材料用作鋰離子電池負(fù)極材料在首次充放電循環(huán)后的放電比容量達(dá)到540mAh/g，首次充放電效率為86%，經(jīng)過(guò)500次循環(huán)后，容量保持率為91.2%。
[0017]實(shí)施例2
將大豆餅放入氫氟酸和稀硝酸的混合溶液中浸泡5天，用蒸餾水洗滌至中性，然后放入鼓風(fēng)干燥箱中干燥10小時(shí)。再將干燥好的大豆餅放入管式爐中，在氬氣保護(hù)下700°C燒8個(gè)小時(shí)。所得的大豆餅碳研磨后分別通過(guò)以下兩種方法處理:①引導(dǎo):將碳粉末與碳化硼混合球磨5小時(shí),轉(zhuǎn)速為350r/min,碳化硼的用量為碳粉末質(zhì)量的6%。②促進(jìn):將碳粉末在氯化鐵溶液中浸泡4天，氯化鐵的用量為碳粉末質(zhì)量的6%。最后分別將處理后的碳放入高溫?zé)Y(jié)爐中，在氬氣保護(hù)下2300°C燒結(jié)，得到的碳材料用作鋰離子電池負(fù)極材料。
經(jīng)測(cè)試，高溫引導(dǎo)所得的碳材料用作鋰離子電池負(fù)極材料在首次充放電循環(huán)后的放電比容量達(dá)到600mAh/g，首次充放電效率為90%，經(jīng)過(guò)500次循環(huán)后，容量保持率為95.2% ；由高溫促進(jìn)制備的碳材料用作鋰離子電池負(fù)極材料在首次充放電循環(huán)后的放電比容量達(dá)到580mAh/g,首次充放電效率為88%，經(jīng)過(guò)500次循環(huán)后，容量保持率為