[发明专利]基于化学活化的剑麻炭纤维制备锂离子电池负极材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于化学活化的剑麻炭纤维制备锂离子电池负极材料的方法。

背景技术

锂离子电池的出现，不仅彻底改变了便携式电子市场，而且最近几年已经开始应用于电动汽车，越来越深刻地影响着人们的日常生活。虽然目前技术水平日益成熟，大规模产业化也已开始形成，但是锂离子电池依然存在诸多的不足，例如成本过高、安全性差和使用寿命短等，其中最关键的影响因素就是锂离子电池的电极材料。随着人们生活水平的提高，锂离子电池的需求量日渐增大，对性能也提出了越来越高的要求，因此寻找低成本、高容量的电极材料成为锂离子电池发展和改进的主要方向。

生物质材料是全球储量最丰富的可再生资源，本发明采用剑麻纤维这一广泛而又易得的生物质原料制备炭纤维，通过化学活化法处理后作为锂离子电池负极材料，极大地节约了生产成本，测试结果亦表明处理后的剑麻纤维具有优良的电化学性能，为锂离子电池负极材料的选择提供了一种可能的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于化学活化的剑麻炭纤维制备锂离子电池负极材料的方法，以降低锂离子电池的生产成本，提高其使用性能。

具体步骤为：

（1）预处理：通过将剑麻纤维揉搓、洗涤、烘干过程，除去原始剑麻纤维中夹杂的组织碎屑。

（2）将步骤（1）处理后的剑麻纤维用质量分数为15-25%的ZnCl₂溶液按ZnCl₂和剑麻纤维的质量比为2-6:1的浸渍比浸泡24小时，然后将剑麻纤维上的ZnCl₂溶液残留用去离子水冲洗至中性，80-100℃经12-24小时烘干 。

（3）将步骤（2）得到的剑麻纤维置于真空管式电阻炉中，在气体流量为40ml/min的氮气气氛下炭化0.5-1小时，炭化温度为700-1000℃，升温速率为1-10℃/min，自然冷却后即获得黑色纤维状剑麻活性炭纤维，将剑麻活性炭纤维经机械研磨至粒径为100-300目后即为锂离子电池负极材料。

（4）将步骤（3）所得电池负极材料、导电剂乙炔黑以及粘结剂聚偏氟乙烯（PVDF）按质量比90:2:8混合，每克电池负极材料加入1ml的N-甲基吡咯烷酮(NMP)后搅拌均匀，涂抹在集流体铜箔上，干燥后压制成直径为16mm的圆片，此即为负极极片。

（5）以锂片为正极、步骤（4）得到的负极极片为负极、Celgard2400微孔聚丙烯膜为隔膜、1mol/L的LiPF₆/EC(碳酸乙烯酯)+DMC(碳酸二甲酯)+ DEC (碳酸二乙酯) 作为电解液（电解液中LiPF₆为溶质，溶剂EC+DMC +DEC的体积比为1:1:1），在手套箱中组装成CR2025型纽扣电池。

（6）将电池封口并放置12小时后测试，采用深圳新威尔科技有限公司生产的BTS-5V 10mA型纽扣式电池恒流充放电测试仪，在0-2V的电压范围和0.1C的倍率下进行恒流充放电测试，结果表明：

经过ZnCl₂溶液改性处理后得到剑麻炭纤维的电化学性能比未处理的炭纤维均有较大的提高，首次放电比容量（嵌锂容量）达到了545 mAh/g以上，其中经25%的ZnCl₂溶液以4:1的浸渍比浸泡过的剑麻炭纤维容量最高，首次放电比容量（嵌锂容量）达629 mAh/g，30个充放电循环后仍能维持在190mAh/g，是第二次放电比容量的76%；而未经处理的剑麻炭纤维首次充放电容量仅为440 mAh/g，30个循环后仅剩82 mAh/g，仅为第二次放电比容量的58%。

附图说明

图1为未经化学处理的剑麻炭纤维与质量分数为25%的ZnCl₂溶液按ZnCl₂和剑麻纤维的质量比为2:1、4:1、6:1浸渍比浸泡过的剑麻炭纤维做负极材料的循环性能对比图。

图2为市售活性炭、未经化学处理的剑麻炭及经质量分数为25%的ZnCl₂溶液按ZnCl₂和剑麻纤维的质量比为4:1的浸渍比浸泡过的剑麻炭纤维分别做负极材料的循环性能对比图。

具体实施方式

实施例1：

（1）将从剑麻叶中剥离的原始纤维进行进行揉搓去屑，用去离子水洗涤后在80℃条件下经12小时烘干。