[发明专利]一种锂离子电池用电池负极与导电剂材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池材料制备领域，涉及一种锂离子电池用电池负极与导电剂材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、比容量高以及可快速充放电等突出优点，目前被广泛应用于移动电话、笔记本电脑、便携式测试仪等电子装置；随着大容量锂离子电池的研制成功，锂离子电池在动力电池汽车与航天等领域得到广泛的应用与关注。然而，高的锂离子电池价格成为制约动力电池发展和推广的瓶颈。作为锂离子电池的重要组成负极，目前常用的材料有碳、Li₄Ti₅O₁₂、硅基、合金负极等，其中由于碳负极价格相对低廉、对锂电压低、循环前后体积变化小等优势，大量应用于高密度储能电池和功率型动力电池中。

通过人工合成方法制备多孔碳由于其工艺复杂，成本高，孔径分布相对单一，且其多由导电性欠佳的无定型碳构成，无法满足需要良好导电的锂离子电池应用领域。而生物质材料由于其可观的比表面积，稳定的物理化学性质，为物质的传送提供了有效的通道，使其成为锂离子电池电极重要的功能材料。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种锂离子电池用电池负极与导电剂材料的制备方法，该方法以芋头茎、稻壳、荷叶干、西瓜藤、花生壳等生物质为原料，充分合理利用了资源丰富的生物废弃物，制备出的导电炭材料具有良好的导电三维通道。采用其导电炭作为导电剂表现出优于传统导电剂的导电特性；作为负极材料具有高的放电比容量、倍率性能和循环寿命。

本发明采用的技术方案如下：一种锂离子电池用电池负极与导电剂材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)生物质材料预处理：超声清洗机清洗除去生物质中的杂质后，50℃～80℃下烘2～6h左右，再将材料放入真空干燥箱中，在100℃～130℃下烘10～36h；最后，将材料粉碎使材料为长度小于3cm的棒体或粒径小于2cm粒状；

(2)生物质炭化：惰性气氛下，在1～25℃/min的升温速率下加热到400℃～900℃进行炭化，并维持此温度1～5h；

(3)第一步活化处理：生物质炭中加入酸，40℃～80℃下搅拌2～10h，离心后用去离子水清洗至约为中性后，在50℃～80℃过夜干燥；

(4)第二步活化处理：接下来往生物质炭中加入碱溶液，40℃～90℃下搅拌2～10h，离心后用去离子水清洗至约为中性后，在50℃～80℃过夜干燥；

(5)第三步活化处理：往生物质炭中加入盐溶液，40℃～90℃下搅拌2～12h，离心后用去离子水清洗至约为中性后，在50℃～80℃过夜干燥；

(6)生物质炭用作电池负极的电极片制备：

第一步，电池正极片的制备：将正极活性物质与粘合剂、导电剂、溶剂混合通过球磨机高速搅拌均匀，得到得正极浆料均匀涂布在铝箔上，在真空环境下，70-120℃烘烤10-36h后，辊压、分切获得正极片；

第二步，负极片的制备：将获得的生物质炭与粘合剂、导电剂、溶剂混合通过球磨机高速搅拌均匀，得到得负极浆料均匀涂布在铜箔上，在真空环境下，70-120℃烘烤10-36h后，辊压、分切获得负极片；

(7)生物质炭用作电池导电剂电极片的制备：

第一步，电池正极片的制备：将正极活性物质与粘合剂、生物质炭导电剂、溶剂混合通过球磨机高速搅拌均匀，得到得正极浆料均匀涂布在铝箔上，在真空环境下，70-120℃烘烤10-36h后，辊压、分切获得正极片；

第二步，负极片的制备：将获得的生物质炭与粘合剂、生物质炭导电剂、溶剂混合通过球磨机高速搅拌均匀，得到得负极浆料均匀涂布在铜箔上，在真空环境下，70-120℃烘烤10-36h后，辊压、分切获得负极片；

(8)电池组装；将正极片、隔膜、负极片一起层叠成电芯，置于电池壳中，注入电解液、化成、分容，得到圆柱形和铝塑软包型锂离子动力电池。

本发明所述步骤(1)中，生物质材料为：芋头茎、荷叶、荷叶干、小米秸秆、稻壳、芦苇、红薯茎、西瓜藤、竹竿、花生壳、棉花杆。

本发明所述步骤(2)中，惰性气体为：氦气、氮气、氩气。

本发明所述步骤(3)中，酸为：硫酸、硝酸、盐酸、高氯酸、高锰酸、草酸、磷酸、醋酸。

本发明所述步骤(4)中，碱溶液为：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镍。

本发明所述步骤(5)中，盐溶液为：氯化锌、氯化钠、氯化钾、碳酸钾、碳酸钠、硫酸钠、硫酸钾。