[发明专利]一种复合的生物质碳材料及其制备和在锂硒电池用涂层隔膜中的应用

说明书

本发明公开了一种复合的生物质碳材料及其制备和在锂硒电池用涂层隔膜中的应用，属于电化学储能技术领域。室温下，将生物质材料浸渍在乙酸镍溶液中，经冷冻干燥得到复合生物质碳材料前驱体；然后将复合生物质材料前驱体在管式炉中碳化，得到的产物进行洗涤干燥后即得到复合的生物质碳材料。将这种复合材料应用于锂硒电池的隔膜修饰中，能够有效抑制了多硒化物在电池正负极之间的穿梭，使电池具有更高的实际比容量，提高了电池的库伦效率和循环性能。

技术领域

本发明属于锂硒电池技术领域，特别涉及一种复合的生物质碳材料及其制备和在锂硒电池用涂层隔膜中的应用，尤其在锂硒电池隔膜改性中的应用。

背景技术

随着全球经济的繁荣发展，工业化进程的逐步加快，二十一世纪面临的能源问题也越来越严重，新型可再生能源的开发已经刻不容缓，同时环境问题已经成为全人类面临的挑战，寻求新型绿色储能手段早已成为全人类的共识。过去二十余年间，锂离子电池的研究与产业化获得了巨大成功，锂离子电池的广泛应用改变了能源市场生态。

由于传统锂离子电池理论比容量的限制，电动汽车、便携智能设备等对电池的质量比容量和体积比容量提出了更高的要求，研究者们迫切寻找更高比容量、高能量密度的电池体系。锂硒电池是一种基于硒与锂发生多电子氧化还原反应原理工作的储能装置，理论质量比容量为678mAh/g，理论体积比容量为3254mAh/cm³，因而被认为是一种有前景的高比能量二次电池体系。然而，该电池正极存在活性物质利用率低、充放电过程中体积变化大、循环稳定性变差、库伦效率低从及电子电导率和离子传输速率相对较低等问题，这些问题严重影响了锂硒电池的电化学性能。

随着市场对能源存储提出更高的要求、二次锂硒电池受到研究者们的重视，2012年Ali Abouimrane与Khalil Amine课题组发表在J.Am.Chem.Soc.上的研究论文首次报道常温下单质硒作为正极活性物质在二次锂电池与钠电池体系中的应用(J.Am.Chem.Soc.,2012,134,4505-4508)。此后，锂硒电池引起了研究者们的兴趣，相关的研究陆续在期刊上报道。锂硒电池因此成为受关注的高能量密度二次电池体系。针对锂硒电池电化学性能的提升，利用生物质碳材料的导电骨架、丰富孔隙和高比表面积等优势，将其作为锂硒电池材料的载体，己被视为一种提高锂硒电池电化学性能的有效方案。采用低成本、来源绿色的生物质取代传统化学试剂作为碳源并筛选简单的工艺可以有效地降低制备成本、拓展生物质基碳材料的应用潜能，符合环境友好的理念。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合的生物质碳材料制备方法,旨在提供一种具有丰富孔隙、高比表面积、良好导电性的复合生物质碳材料。

本发明还提供了一种所述的复合的生物质碳材料在锂硒电池隔膜改性领域中的应用,通过用所述的浸渍法、冷冻干燥法合成的复合生物质碳材料对隔膜的修饰,提高锂硒电池的循环性能。修饰后的隔膜能够抑制锂硒电池多硒化物的穿梭效应，使锂硒电池具有更高的放电比容量,并且可以提高电池的库伦效率，从而提高了电池的整体电化学性能。

本发明将采用以下技术方案来实现：

一种复合生物质碳材料，其特征在于：采用乙酸镍溶液浸渍处理后的生物质，随后经冷冻干燥、高温煅烧得到复合生物质碳材料。

所述生物质为萝卜、冬瓜、香菇或杏鲍菇中的一种或两种以上。

所述复合生物质碳材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)：将生物质洗净并清除表面杂质，切碎得到均匀的块状物A；

步骤(2)：将均匀的块状物A加入到乙酸镍溶液中，浸泡过滤得到块状B；

步骤(3)：将块状物B进行冷冻干燥，干燥后得到的产物进行研磨，并移至管式气氛炉中，进行高温煅烧碳化得到碳化产物C；