CN112054188A - 一种离子电池负极材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种离子电池负极材料及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN112054188A
CN112054188A CN202010968169.1A CN202010968169A CN112054188A CN 112054188 A CN112054188 A CN 112054188A CN 202010968169 A CN202010968169 A CN 202010968169A CN 112054188 A CN112054188 A CN 112054188A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ion battery
negative electrode
electrode material
preparing
battery according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010968169.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112054188B (zh
Inventor
张迪
孙世超
王波
孙会兰
王秋君
李文
李昭进
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan Dahao Technology Co ltd
Original Assignee
Hunan Dahao Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan Dahao Technology Co ltd filed Critical Hunan Dahao Technology Co ltd
Priority to CN202010968169.1A priority Critical patent/CN112054188B/zh
Publication of CN112054188A publication Critical patent/CN112054188A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112054188B publication Critical patent/CN112054188B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/60—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of organic compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/60—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of organic compounds
    • H01M4/602—Polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

本发明涉及电极材料制备技术领域，具体公开一种离子电池负极材料及其制备方法和应用。所述离子电池负极材料的制备方法为：将生物质材料和添加剂混合后，加入去离子水中搅拌均匀，再进行干燥，得到干固物；将所述干固物在惰性气体气氛中升温至800‑1200℃进行烧结，得到所述离子电池负极材料；所述添加剂包括糖类化合物和金属化合物。本发明制备得到的离子电池负极材料有效避免了在长期充放电过程中因体积变化而导致的寿命较差的情况，并兼具高离子储量的优势。

Description

一种离子电池负极材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及电极材料制备技术领域，尤其涉及一种离子电池负极材料及其制备方法和应用。
背景技术
锂离子电池作为重要的电化学储能器件具有高能量密度、长循环寿命和无记忆效应等特点，被广泛应用到了数字化产品、电动汽车以及智能电网中。但是随着各种新型电子器件的出现以及新能源汽车的蓬勃发展和市场需求的持续增大，锂离子电池所需的锂资源出现严重的紧缺，随之带来的是高昂的电池成本，很大程度上制约了离子电池的大规模生产及使用。因此，寻找代替锂离子电池的新型的能源储存器件具有重要意义。
目前锂离子电池的成熟应用已到达瓶颈，锂离子电池的高成本对其进一步发展也是一个很严峻的挑战。土壤中含有丰富的金属离子，多数离子电池的研究开始注重使用土壤中含量丰富的金属离子，例如钾离子和钠离子。钾离子电池是目前研究中最理想的选择，但是钾离子的半径体积很大，在钾离子电池的充放电过程中由于钾离子的不断嵌入和脱嵌，会造成负极材料膨胀，进而导致钾离子电池出现循环寿命差、容量衰减快的缺陷。
发明内容
针对现有钾离子电池的负极材料在钾离子的不断嵌入和脱嵌过程中，易膨胀和变形并造成钾离子电池出现循环寿命差、容量衰减快的问题，本发明提供一种离子电池负极材料及其制备方法和应用。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种离子电池负极材料的制备方法，将生物质材料和添加剂混合后，加入去离子水中搅拌均匀，再进行干燥，得到干固物；将所述干固物在惰性气体气氛中升温至800-1200℃进行烧结，得到所述离子电池负极材料；
所述添加剂包括糖类化合物和金属化合物。
相对于现有技术，本发明提供的离子电池负极材料的制备方法操作简单、原料易得、成本低，且整个制备过程无需进行强酸、强碱或其它处理液的清洗和刻蚀，制备过程安全性高。本发明将生物质材料与特定的添加剂在水中充分混合干燥后，在特定温度下进行烧结可以得到具有特殊的多孔薄壁状结构的离子电池负极材料，该多孔薄壁状结构的离子电池负极材料可以有效抑制离子电池负极材料中的离子在嵌入和脱嵌过程中造成的体积膨胀，有效避免了负极材料在长期充放电过程中因体积变化而导致的循环寿命较差的情况，并有效增加了其与电解质的接触面积，增加了反应的活性位点，有利于电池电化学性能的提升。同时上述添加剂与生物质材料的结合形成的负极材料可显著提升离子或电子的传输速度、提高离子储量，有效解决了离子电池容量低的问题。
优选的，所述生物质材料为奶茶粉、果蔬粉、谷物粉、秸秆粉和木屑中的至少一种。
优选的，所述生物质材料与所述添加剂的质量比为10:1-5。
优选的，所述生物质材料与所述去离子水的质量比为1:10-20。
优选的，所述去离子水的温度为25-45℃。
优选的，所述搅拌转速为100-200r/min、时间为1-3h。
优选的，所述干燥温度为60-90℃、时间为20-30h。
优选的，将所述干固物研磨至粒径≤100μm后再进行所述烧结。
将所述干固物研磨至粒径≤100μm后再进行所述烧结可进一步提升所得到的负极材料的结构的均匀性。
优选的，所述惰性气体为氩气或氮气。
优选的，所述烧结时间为1-5h。
优选的，所述添加剂还包括二氧化硅，所述二氧化硅的加入量相当于所述糖类化合物质量的1-10％；二氧化硅能够进一步增加负极材料的离子储量。
优选的，所述糖类化合物和所述金属化合物的质量比为1-5:1。
优选的，所述糖类化合物为葡萄糖和蔗糖中的至少一种；所述金属化合物为碱金属化合物。
优选的，所述碱金属化合物为碱金属盐或碱金属氧化物，所述碱金属盐可选用柠檬酸钠和磷酸氢二钾，所述碱金属氧化物可选用氧化镁。
上述优选的添加剂的组合，可进一步提升负极材料的使用寿命可电池容量。
本发明还提供所述子电池负极材料的制备方法制备得到的离子电池负极材料。
本发明还提供了该电池负极材料在作为钾离子负极材料中的应用。
附图说明
图1是本发明实施例1得到的离子电池负极材料的SEM形貌表征图；
图2是本发明实施例1得到的离子电池负极材料的XRD物相表征图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种离子电池负极材料的制备方法，向5g椰子粉中加入1g的葡萄糖、0.5g的磷酸氢二钾和0.05g的二氧化硅，混合后置于75g温度为35℃的去离子水中，150r/min搅拌2h，将溶液放入干燥箱中80℃中烘干24h得到干固物，将干固物研磨粉碎至其粒径≤100μm，得到白色粉末；将白色粉末放入刚玉舟中在管式烧结炉中通Ar保护气氛烧结，烧结温度为1000℃，烧结时间为3h，得到离子电池负极材料。对该离子电池负极材料进行扫描电镜观察，得到的SEM形貌表征如图1所示；对该离子电池负极材料进行X射线衍射分析，得到的XRD物相表征图如图2所示。
将该离子电池负极材料转移到玛瑙研钵中研末至颗粒均匀细化后直接用于钾离子电池中。对该钾离子电池电化学性能进行检测，检测结果如表1所示。
表1
圈数 放电比容量(mAh·g<sup>-1</sup>)
1st 152.1
2nd 125.6
10th 125.1
50th 124.7
100th 120.4
200th 118.6
由表1可知，本实施例得到的钾离子电池在充放电进行了200圈之后，容量保持率对比首圈为78.0％，并且在50圈之后容量保持率基本稳定，说明其循环寿命良好。
实施例2
一种离子电池负极材料的制备方法，向5g甘蔗粉中加入0.5g的蔗糖、0.5g的柠檬酸钠和0.05g的二氧化硅，混合后置于50g温度为25℃的去离子水中，100r/min搅拌1h，将溶液放入干燥箱中60℃中烘干20h得到干固物，将干固物研磨粉碎至其粒径≤100μm，得到粉末；将粉末放入刚玉舟中在管式烧结炉中通氮气保护气氛烧结，烧结温度为800℃，烧结时间为1h，得到离子电池负极材料。
将该离子电池负极材料转移到玛瑙研钵中研末至颗粒均匀细化后直接用于钾离子电池中。对该钾离子电池电化学性能进行检测，检测结果如表2所示。
表2
圈数 放电比容量(mAh·g<sup>-1</sup>)
1st 150.7
2nd 128.9
10th 125.3
50th 122.8
100th 119.5
200th 117.2
由表2可知，本实施例得到的钾离子电池在充放电进行了200圈之后，容量保持率对比首圈为77.8％，在50圈之后容量保持率基本稳定。
实施例3
一种离子电池负极材料的制备方法，向5g奶茶粉中加入2.5g的葡萄糖、0.05g的氧化镁和0.025g的二氧化硅，混合后置于100g温度为45℃的去离子水中，200r/min搅拌3h，将溶液放入干燥箱中90℃中烘干30h得到干固物，将干固物研磨粉碎至其粒径≤100μm，得到粉末；将粉末放入刚玉舟中在管式烧结炉中通氮气保护气氛烧结，烧结温度为1200℃，烧结时间为5h，得到离子电池负极材料。
将该离子电池负极材料转移到玛瑙研钵中研末至颗粒均匀细化后直接用于钾离子电池中。对该钾离子电池电化学性能进行检测，检测结果如表3所示。
表3
圈数 放电比容量(mAh·g<sup>-1</sup>)
1st 151.9
2nd 127.2
10th 124.6
50th 123.4
100th 120.1
200th 118.1
由表3可知，本实施例得到的钾离子电池在充放电进行了200圈之后，容量保持率对比首圈为77.7％，在50圈之后容量保持率基本稳定。
实施例4
一种离子电池负极材料的制备方法，向5g椰子粉中加入1g的葡萄糖和0.5g的磷酸氢二钾，混合后置于75g温度为35℃的去离子水中，150r/min搅拌2h，将溶液放入干燥箱中80℃中烘干24h得到干固物，将干固物研磨粉碎至其粒径≤100μm，得到白色粉末；将白色粉末放入刚玉舟中在管式烧结炉中通Ar保护气氛烧结，烧结温度为1000℃，烧结时间为3h，得到离子电池负极材料。
将该离子电池负极材料转移到玛瑙研钵中研末至颗粒均匀细化后直接用于钾离子电池中。对该钾离子电池电化学性能进行检测，检测结果如表4所示。
表4
圈数 放电比容量(mAh·g<sup>-1</sup>)
1st 148.6
2nd 124.3
10th 122.5
50th 119.4
100th 116.9
200th 116.2
由表4可知，本实施例得到的钾离子电池在充放电进行了200圈之后，容量保持率对比首圈为78.2％，并且在50圈之后容量保持率基本稳定，说明其循环寿命良好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：将生物质材料和添加剂混合后，加入去离子水中搅拌均匀，再进行干燥，得到干固物；将所述干固物在惰性气体气氛中升温至800-1200℃进行烧结，得到所述离子电池负极材料；
所述添加剂包括糖类化合物和金属化合物。
2.如权利要求1所述的离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述生物质材料为奶茶粉、果蔬粉、谷物粉、秸秆粉和木屑中的至少一种；和/或
所述生物质材料与所述添加剂的质量比为10:1-5；和/或
所述生物质材料与所述去离子水的质量比为1:10-20。
3.如权利要求1所述的离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述去离子水的温度为25-45℃；和/或
所述搅拌转速为100-200r/min、时间为1-3h；和/或
所述干燥温度为60-90℃。
4.如权利要求1所述的离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：将所述干固物研磨至粒径≤100μm后再进行所述烧结。
5.如权利要求1所述的离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氩气或氮气。
6.如权利要求1所述的离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述烧结时间为1-5h。
7.如权利要求1所述的离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述添加剂还包括二氧化硅，所述二氧化硅的加入量相当于所述糖类化合物质量的1-10％；和/或
所述糖类化合物和所述金属化合物的质量比为1-5:1；和/或
所述糖类化合物为葡萄糖和蔗糖中的至少一种；所述金属化合物为碱金属化合物。
8.如权利要求7所述的离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述碱金属化合物为碱金属盐或碱金属氧化物。
9.权利要求1-8任一项所述的离子电池负极材料的制备方法制备得到的离子电池负极材料。
10.权利要求9所述的离子电池负极材料在作为钾离子负极材料中的应用。
CN202010968169.1A 2020-09-15 2020-09-15 一种离子电池负极材料及其制备方法和应用 Active CN112054188B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010968169.1A CN112054188B (zh) 2020-09-15 2020-09-15 一种离子电池负极材料及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010968169.1A CN112054188B (zh) 2020-09-15 2020-09-15 一种离子电池负极材料及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112054188A true CN112054188A (zh) 2020-12-08
CN112054188B CN112054188B (zh) 2023-03-24

Family

ID=73603130

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010968169.1A Active CN112054188B (zh) 2020-09-15 2020-09-15 一种离子电池负极材料及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112054188B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101916845A (zh) * 2010-08-05 2010-12-15 深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司 适合于动力与储能电池用的硬碳材料及其制备方法
CN106207197A (zh) * 2016-07-08 2016-12-07 北京化工大学 一种采用头发制备双功能电催化剂的方法
CN106410155A (zh) * 2016-10-28 2017-02-15 林天安 一种石墨烯硅氧碳负极材料的制备方法
CN106450323A (zh) * 2016-11-29 2017-02-22 陕西科技大学 一种骨架多孔碳电极材料及其制备方法
CN108394884A (zh) * 2018-01-10 2018-08-14 青岛大学 一种壳聚糖基高比表面积氮/磷共掺杂碳纳米片的制备方法
CN109019598A (zh) * 2018-07-18 2018-12-18 华南农业大学 一种混合生物质制备高比电容的三维多孔碳材料的方法和制成的三维多孔碳材料及其应用
CN109742384A (zh) * 2019-01-07 2019-05-10 中国矿业大学 一种生物质多孔碳用作钾离子电池负极的方法
CN111646455A (zh) * 2020-07-01 2020-09-11 南京林业大学 一种人造板废弃物制备富氮生物质基炭的方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101916845A (zh) * 2010-08-05 2010-12-15 深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司 适合于动力与储能电池用的硬碳材料及其制备方法
CN106207197A (zh) * 2016-07-08 2016-12-07 北京化工大学 一种采用头发制备双功能电催化剂的方法
CN106410155A (zh) * 2016-10-28 2017-02-15 林天安 一种石墨烯硅氧碳负极材料的制备方法
CN106450323A (zh) * 2016-11-29 2017-02-22 陕西科技大学 一种骨架多孔碳电极材料及其制备方法
CN108394884A (zh) * 2018-01-10 2018-08-14 青岛大学 一种壳聚糖基高比表面积氮/磷共掺杂碳纳米片的制备方法
CN109019598A (zh) * 2018-07-18 2018-12-18 华南农业大学 一种混合生物质制备高比电容的三维多孔碳材料的方法和制成的三维多孔碳材料及其应用
CN109742384A (zh) * 2019-01-07 2019-05-10 中国矿业大学 一种生物质多孔碳用作钾离子电池负极的方法
CN111646455A (zh) * 2020-07-01 2020-09-11 南京林业大学 一种人造板废弃物制备富氮生物质基炭的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112054188B (zh) 2023-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108807919B (zh) 一种三维碳架的制备方法
CN109755540B (zh) 一种锂硫电池正极材料及其制备方法
CN110808179B (zh) 一种氮氧共掺杂生物质硬碳材料及其制备方法和应用
CN111769272A (zh) 一种Bi@C空心纳米球复合材料及其制备方法与应用
CN113479860B (zh) 一种SbPO4/氮掺杂碳复合材料的制备方法
CN115064670A (zh) 一种掺杂包覆改性的镍锰酸钠正极材料的制备方法
CN110233251A (zh) 一种多孔硅/碳复合材料的制备方法及其应用
CN110620217A (zh) 一种锌掺杂磷酸铁锂/碳复合材料及制备方法
CN112310381B (zh) 一种提高钠离子电池锡负极材料电化学性能的方法
CN114171729A (zh) 一种石墨烯基磷酸铁锂正极材料的制备方法
CN109148879A (zh) 一种锂离子电池用富锂锰基正极材料的制备方法
CN117003237A (zh) 封闭微孔结构钠离子电池负极硬碳材料的制备方法
CN111994889A (zh) 磷酸钒钠钠离子电池正极材料及其制备方法
CN112054188B (zh) 一种离子电池负极材料及其制备方法和应用
CN114914437B (zh) 一种基于高温固相反应的具有高电荷传输特性的硅酸锰钠正极材料及其高效制备方法
CN102403511A (zh) 钴酸锶镧与碳复合包覆磷酸亚铁锂的锂离子电池正极材料及其制备方法
CN113979420A (zh) 一种掺杂铝的高压实长循环磷酸铁锂正极材料的制备方法
CN112390284A (zh) 氧化锡修饰的钴锌双金属有机骨架衍生碳复合材料制备方法
CN109879286A (zh) 一种锂电池硅碳负极复合材料的制备方法
CN111900384B (zh) 一种锂硫电池正极材料及其制备方法
CN111261857B (zh) 一种钠离子电池用FePS3/NC复合负极材料及其制备方法、钠离子电池
CN111600005B (zh) 一种锂离子电池负极材料多孔Si/C复合材料的制备方法
CN110556525B (zh) 一种锗酸锂、锗酸锂/石墨复合负极材料及其制备方法与在组装锂电池中的应用
CN107565131B (zh) 一种反向盐析法制备高倍率高容量低温性能优异的磷酸铁锂正极材料制备方法
CN113488647A (zh) 一种含氧空位的非晶态SnP2O7/氮掺杂碳复合材料的应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Zhang Di

Inventor after: Sun Yunchao

Inventor after: Wang Bo

Inventor after: Sun Huilan

Inventor after: Wang Qiujun

Inventor after: Li Wen

Inventor after: Li Zhaojin

Inventor before: Zhang Di

Inventor before: Sun Shichao

Inventor before: Wang Bo

Inventor before: Sun Huilan

Inventor before: Wang Qiujun

Inventor before: Li Wen

Inventor before: Li Zhaojin

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant