[发明专利]一种利用酶解木质素基环氧树脂制备电池负极材料的方法

说明书

本发明公开了一种硬碳材料的制备方法，包括(1)向酶解木质素基环氧树脂中加入固化剂进行固化；(2)将固化物粉碎，筛选粒径为5‑40μm的粉末；(3)将粉末进行碳化；(4)将碳化产物进行研磨，得到粒径为5‑20μm的硬碳材料。硬碳材料呈无序不规则颗粒，表面具有大量孔隙，材料表面活性低，材料可逆容量高、不可逆容量低、循环稳定性好，使得由该硬碳材料制备得到的电池比容量高、倍率和循环性能优异。

技术领域

本发明属于电极材料制备技术领域，具体涉及一种利用酶解木质素基环氧树脂制备电池负极材料的方法。

背景技术

锂离子电池作为绿色高效储能器件，由于具有高比能量、小体积、轻重量、温度范围较宽、无记忆及无污染等优点已被广泛应用于便携式电子设备、车载动力设备、军事装备及航空航天等领域，对能源的高效存储与清洁利用具有重要的推动作用。然而，随着储能需求的增加，特别是在交通应用领域，开发具有更好电化学性能的锂离子电池越来越有必要。

负极材料作为电池的重要组成部分，对锂离子电池的电化学性能起着重要作用。目前锂离子电池使用最广泛的商用负极材料是石墨，但石墨层状结构稳定性差，与电解液相容性差，循环寿命短。Li⁺在其有序层状结构中的扩散速度慢，不能大倍率的充放电且理论容量较低，因此需开发一种具备高容量、高能量密度、循环寿命长的负极材料来满足储能需求。

硬碳是由生物质材料或高分子聚合物热解制备而成，相比于石墨，其结构稳定，循环寿命长，安全性能好，具有高的比容量，良好的倍率性以及优异的耐高低温特性。木质素作为制作硬碳的理想原材料之一，碳含量在60％以上，是自然界含碳量最丰富的天然可再生有机高分子材料，是最有吸引力的可持续碳材料前体。利用木质素结构特点和优势，制备出的具有独特性能的生物质硬碳新材料可广泛应用在动力电池等领域。

专利文献CN110690449A公开了一种以木质素制备碳电极的方法，所述方法包括对木质素进行预处理，将木质素与乙炔黑混合后压力成型，高温碳化后形成碳电极。所述方法虽然减少了电极材料内部对离子导电通道的阻碍作用，但直接以木质素与乙炔黑为原材料直接碳化制备的电极材料稳定性较差，循环使用寿命短且可逆容量低。

专利文献CN105914371A公开了一种酚醛树脂碳微球的制备方法，所述方法包括将酚醛树脂溶液稀释进行水热反应，离心制备成酚醛树脂微球，将微球碳化得到酚醛树脂碳微球。所述酚醛树脂碳微球可用于制备锂离子电池或钠离子电池的负极材料。但是，目前酚醛树脂基硬碳微球仍存在生产成本高，工业化应用受限，且制备的电容碳作为锂离子电池负极材料其性能还有待提高。

专利文献CN107623105A公开了一种利用生物质制备锂离子电池负极和导电剂材料的方法，所述方法将芋头颈、稻壳、花生壳等作为生物质原料，经过900℃高温进行碳化，碳化后再利用酸、碱、盐等不同的方法进行活化，将活化后的生物质基活性物质与导电剂、粘合剂等物质利用球磨的方式混合，得到锂离子电池的负极浆料。将得到的浆料均匀地涂敷在铜箔上，并将其置于真空环境下烘烤10-36小时，再经过辊压、分切得到锂离子电池负极材料。虽然所述方法制备的锂离子电极负极具有较高的放电比容量和循环使用寿命，但是在制备锂离子电池电极时，粘合剂的存在导致电极材料的内阻增加，在电极材料内部对离子导电通道有阻碍作用。

为了解决现有技术的缺陷，本发明提供一种由酶解木质素基环氧树脂制备硬碳材料的方法，所述方法以具有高度交联结构的酶解木质素基环氧树脂为原料，在惰性气体保护下经过高温热解制备而成。所述硬碳材料由无序不规则类石墨微晶堆砌而成，具有大量微孔，材料表面活性低，材料能量密度高，不可逆容量低，循环稳定性高。该硬碳材料应用于电池负极材料可得到可逆容量高、稳定性好、循环寿命长的电池。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种硬碳材料的制备方法以及通过所述方法制备得到的硬碳材料；本发明的另一个目的是提供一种硬碳材料在电池负极材料中的应用以及含有所述硬碳材料的电池负极材料；本发明还有一个目的是提供一种包含所述电池负极材料的电池。