[发明专利]一种木质素基硬炭的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种木质素基硬炭的制备方法及应用，属于储能技术领域。本发明木质素基硬炭的制备方法包括如下步骤：将木质素进行预处理后溶于有机溶剂溶液中，形成木质素纳米颗粒前驱液；将木质素纳米颗粒前驱液烘干，制得木质素纳米颗粒前驱体；将木质素纳米颗粒前驱体进行真空炭化，制得木质素基硬炭。本发明的木质素基硬炭制备工艺简单，用作锂离子电容器负极材料时脉冲放电能力强、低温性能好、直流内阻低。

技术领域

本发明属于锂离子电容器技术领域，涉及一种木质素基硬炭的制备方法及木质素基硬炭在锂离子电容器负极材料中的应用。

背景技术

作为一种兼具双电层电容器高功率特性及锂离子电池高能量密度的新型储能器件，锂离子电容器在智能三表(水、气、电表)、物联网以及智能家居等短时间大功率放电领域(常常要求300mA以上能够放电1s以上)得到了广泛的应用。相比于双电层电容器，该类型器件具有能量密度高(高5～10倍以上)、自放电流小(≤2μA)、电压平台高(最高电压可达3.8V，可与锂亚硫酰氯电池直接并联使用)等优势，但是其耐低温性能差、功率密度低以及制造成本高成为其大规模应用的瓶颈。

考虑到锂离子电容器正、负电极材料中锂离子的快速响应能力，负极材料的选择至关重要。综合充放电容量、倍率特性以及低温充电等方面的特性，在众多炭负极材料中，硬炭因为其优异的倍率、低温以及抗过充能力(过放120％才会析出锂金属)成为了锂离子电容器负极材料的不二之选。

然而现有的硬炭存在着诸多问题，如专利文本CN102386383B以淀粉为原材料制备了一种淀粉基硬炭微球，需经过复杂长时间的稳定化，制造生产周期长，不利于产品成本的降低。专利文本CN101181987A中报道了通过在氧化气氛中稳定化处理和惰性气氛中炭化处理制备淀粉基炭微球的方法，但是制得产品的不可逆容量高、电压滞后现象明显，不利于硬炭材料的规模化应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中硬炭负极材料制造成本高、工艺过程复杂、应用于锂离子电容器时脉冲放电能力不足的问题，提出一种制造工艺简单、用作锂离子电容器负极材料时脉冲放电能力强、低温性能好、直流内阻低的木质素基硬炭的制备方法，进而可推动硬炭在锂离子电容器领域的规模化应用。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种木质素基硬炭的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

S1、将木质素进行预处理后溶于有机溶剂溶液中，形成木质素纳米颗粒前驱液；

S2、将木质素纳米颗粒前驱液烘干，制得木质素纳米颗粒前驱体；

S3、将木质素纳米颗粒前驱体进行真空炭化，制得木质素基硬炭。

作为优选，步骤S1所述木质素为碱木质素或木质素磺酸钠。

进一步优选，所述木质素为木质素磺酸钠。

木质素磺酸钠的碱溶性高、炭含量较高、灰分含量少，且成本低，因此本发明优选木质素磺酸钠为木质素原料。

作为优选，步骤S1所述预处理包括将木质素进行碱处理、酸处理和水洗。

作为优选，所述碱处理为将木质素加入到碱液中超声处理，所述碱液为氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液，质量浓度为2～30wt％，超声处理时间为0.5～1.5h,木质素磺酸钠与氢氧化钠溶液的重量比为1:(4～6)。

进一步优选，所述碱液为氢氧化钠溶液。

作为优选，所述酸处理为将碱处理后的产物过滤，在滤液中加入盐酸，静置待溶液分层后，取下层沉淀物，将下层沉淀物干燥处理。

作为优选，所述干燥处理为在70～90℃干燥10～14h。

作为优选，所述碱处理、酸处理和水洗的步骤重复操作2～3次。