[发明专利]一种碳基材料及其在锂离子电池中的应用

说明书

本发明公开了一种碳基材料及其在锂离子电池中的应用，属于材料领域。本发明以废弃涤纶面料为原料，经过磺化、碳化制备得到碳基材料，再将碳基材料作为锂离子电池的碳负极材料，不仅解决了废弃物污染的问题，实现了回收再利用，同时也为锂离子电池负极材料多样化提供了一条途径；采用本发明制备得到的碳锂电池，首次充放电比容量可达到437mAh/g，略高于碳锂电池的标准比容量(372mAh/g)，第2周的比容量衰减到255mAh/g，容量损失率为41.65％，第50周电池比容量基本维持在220mAh/g，结合循环伏安测试，碳锂电池的循环性能较好。

技术领域

本发明涉及一种碳基材料及其在锂离子电池中的应用，属于材料及环境保护领域。

背景技术

锂离子可充电电池广泛应用于手机、笔记本电脑、电动车、微型相机等，在航空和军用设备上也有所推广，因其具有安全性能好、循环寿命长、污染小且符合环保要求的特点备受欢迎。目前碳锂电池中的电极材料多为石墨烯、碳纳米管、石墨化中间相炭微球等，成本较高。

涤纶面料强度较高，保型性和阻燃性良好，具有抗皱褶免熨烫的性能，是日常生活中用量较为广泛的一种服装面料，但涤纶面料所用原材料聚酯结构性能稳定，难以被微生物或在空气下降解，燃烧时产生的有害气体以及大量空间的占据，都会对环境带来很大的影响。

发明内容

为了解决上述问题，本发明将废弃的涤纶面料转变成锂离子电池的碳负极材料，不仅解决了废弃物污染的问题，实现了回收再利用，也为锂离子电池负极材料多样化提供了一条途径。

本发明的第一个目的是提供一种碳基材料的制备方法，所述方法是以废弃涤纶面料为原料，经过磺化、碳化制备得到碳基材料。

在本发明的一种实施方式中，所述磺化是采用硫酸对废弃涤纶面料进行磺化。涤纶面料的原材料为聚酯PET，其熔点较低，254℃左右便熔化随后产生有害气体，无法满足煅烧温度要求，因此在碳化涤纶面料之前先利用氧化还原性能较强的硫酸对其进行磺化，将PET链上的部分H原子转化为SO₃H基团，以适应后续煅烧温度要求。

在本发明的一种实施方式中，所述磺化参数条件为：废弃面料与硫酸的质量体积比为1g：(10-50)mL，于100-120℃下反应10-15个小时。

在本发明的一种实施方式中，所述碳化是将磺化后的聚酯PET进行高温煅烧，所述煅烧是以10-50℃/min的速率进行升温，直至500-1000℃，保温1-3个小时，充分碳化，自然冷却后取出。

本发明的第二个目的是提供一种应用上述制备方法制备得到的碳基材料。

本发明的第三个目的是提供一种含有上述碳基材料的复合材料。

本发明的第四个目的是提供一种上述复合材料在锂离子电池、电子器件中的应用。

本发明的第五个目的是提供一种锂离子电池，所述锂离子电池是以上述碳基材料作为电池的负极材料。

在本发明的一种实施方式中，所述负极材料的制备方法是将上述碳基材料放入研磨杵中，以6-8质量份的碳基材料与2-3质量份的导电添加剂乙炔黑(ACET)和1-2质量份的粘合剂(PVDF)充分混合，研磨15-30min，研磨过程中滴加7-8滴N,N-2甲基甲酰胺，将混合物用刮刀均匀的涂抹到铜箔上，涂抹完后放入真空干燥箱内，60℃下干燥一夜，N,N-2甲基甲酰胺完全挥发后取出，压成一定规格的圆片即以备后续使用的复合负极材料。

在本发明的一种实施方式中，6-8质量份的碳基材料与2-3质量份的导电添加剂乙炔黑(ACET)和1-2质量份的粘合剂(PVDF)充分混合。

本发明的有益效果：