CN114180551B - 一种用于锂离子硬碳负极材料的连续式加工制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于锂离子硬碳负极材料的连续式加工制备方法，包括以下步骤：步骤一，原料选取；步骤二，表面清洁；步骤三，烘干除水；步骤四，原料粉碎；步骤五，初步煅烧；步骤六，酸洗处理；步骤七，烘干过筛；步骤八，混合煅烧；步骤九，混合搅拌；步骤十，产品后处理；步骤十一，产品改性；本发明的制作方法简单、工艺标准，有利于连续式的加工生产，并且生物质原料来制成硬碳负极材料，实现了废物利用，通过在产品中加入了磷元素，有利于提升电池的可逆容量，同时加入了硼元素，增加了双层电容和碳结构的有序化，有利于增加锂的固相扩散系数，通过氩气和甲苯混合气体的改性，有利于增加电池的可逆循环容量。

Description

一种用于锂离子硬碳负极材料的连续式加工制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体为一种用于锂离子硬碳负极材料的连续式加工制备方法。
背景技术
锂离子电池是一种二次电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作，锂离子电池的负极材料种类很多，包括天然石墨、人造石墨、硬碳和软碳，石墨作为负极的理论比容量较低，并且电池充放电性能较差，从而采用硬碳作为负极材料的较多。
硬碳是指难以被石墨化的碳，是高分子聚合物的热分解，市面上现有的硬碳负极材料大多是通过高分子聚合物热解得到的，生产成本高，制作工艺复杂，难以实现连续性加工，并且硬碳材料具有可逆容量低、充放电效率低以及碳结构无序化的缺点，同时不可逆容量高会降低电池的储电量，大大降低了锂离子电池的耐用性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于锂离子硬碳负极材料的连续式加工制备方法，以解决上述背景技术中提出生产成本高、可逆容量低以及储电量低的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于锂离子硬碳负极材料的连续式加工制备方法，包括以下步骤：步骤一，原料选取；步骤二，表面清洁；步骤三，烘干除水；步骤四，原料粉碎；步骤五，初步煅烧；步骤六，酸洗处理；步骤七，烘干过筛；步骤八，混合煅烧；步骤九，混合搅拌；步骤十，产品后处理；步骤十一，产品改性；
其中在上述步骤一中，首先将适量的生物质原料、含磷和硼的掺杂物以及高分子聚合物准备好；
其中在上述步骤二中，将步骤一中准备的生物质原料利用清水进行浸泡清洗，清洗完成后取出备用；
其中在上述步骤三中，将步骤二中清洗完成后的原料放入到加热炉中及进行烘干除水，减少原料中的含水量，完成后取出备用；
其中在上述步骤四中，将步骤三中除水完成后的原料投入到粉碎机中，粉碎制成直径为1-5mm的均匀原料颗粒备用；
其中在上述步骤五中，将步骤四中粉碎之后的原料颗粒投入到高温煅烧炉中在氮气的保护下进行高温煅烧，完成后制成第一煅烧后料备用；
其中在上述步骤六中，将步骤五中制成的第一煅烧后料加入到搅拌罐中，随后向搅拌罐中加入适量的质量分数在10-12％之间的稀盐酸，随后进行搅拌酸洗，完成后取出备用；
其中在上述步骤七中，将步骤六中酸洗完成的第一煅烧后料利用烘干机烘干，完成后进行粉碎，之后过800-1000目的筛网进行筛分，制成粒径均匀的碳前驱体备用；
其中在上述步骤八中，将步骤七中制成的碳前驱体和步骤一中选取的含磷和硼的掺杂物进行均匀混合，完成后再次投入到高温煅烧炉中在氮气的保护下进行高温煅烧，完成后制成第二煅烧后料备用；
其中在上述步骤九中，将步骤一中选取的高分子聚合物溶入水中制成聚合物水溶液备用，随即将步骤八中的第二煅烧后料加入，搅拌均匀，制成混合溶液备用；
其中在上述步骤十中，将步骤九中制成的混合溶液利用干燥机进行干燥，制成混合料备用，将混合料经过打散、筛分和去磁后制成硬碳负极材料半成品备用；
其中在上述步骤十一中，将步骤十中制成的硬碳负极材料半成品投入到加热炉，在氩气和甲苯混合气体的气氛下，进行加热改性，完成后取出冷却制成硬碳负极材料成品。
优选的，所述步骤一中，生物质原料包括稻壳、麦壳、甘蔗渣、花生壳、秸秆和椰壳其中一种或者多种混合物。
优选的，所述步骤三中，加热炉的温度为140-180℃，加热时间为5-7h。
优选的，所述步骤四中，粉碎机的转速为1200-1500r/min，粉碎时间为10-15min。
优选的，所述步骤五中，初步煅烧的温度为200-500℃，煅烧时间为5-10h。
优选的，所述步骤六中，搅拌酸洗的时间为2-30h，酸洗的温度为20-28℃。
优选的，所述步骤八中，混合煅烧的温度为1150-1350℃，煅烧的时间为4-8h。
优选的，所述步骤十一中，加热改性的温度为1000℃，加热改性的时间为1-2h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的制作方法简单、工艺标准，设备简化，便于大范围推广，有利于连续式的加工生产，并且利用稻壳等生物质原料来制成硬碳负极材料，实现了废物利用，降低了生产成本，有利于环保；
2.本发明通过在产品中加入了磷元素，有利于提升电池的可逆容量，降低了电池的不可逆容量，并且增加了电池的充放电效率，同时加入了硼元素，增加了双层电容和碳结构的有序化，降低了反应阻抗，有利于增加锂的固相扩散系数；
3.本发明通过氩气和甲苯混合气体的改性，有利于增加电池的可逆循环容量，增加了电池的容量和耐用性。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供的一种实施例：一种用于锂离子硬碳负极材料的连续式加工制备方法，包括以下步骤：步骤一，原料选取；步骤二，表面清洁；步骤三，烘干除水；步骤四，原料粉碎；步骤五，初步煅烧；步骤六，酸洗处理；步骤七，烘干过筛；步骤八，混合煅烧；步骤九，混合搅拌；步骤十，产品后处理；步骤十一，产品改性；
其中在上述步骤一中，首先将适量的生物质原料、含磷和硼的掺杂物以及高分子聚合物准备好，且生物质原料包括稻壳、麦壳、甘蔗渣、花生壳、秸秆和椰壳其中一种或者多种混合物；
其中在上述步骤二中，将步骤一中准备的生物质原料利用清水进行浸泡清洗，清洗完成后取出备用；
其中在上述步骤三中，将步骤二中清洗完成后的原料放入到加热炉中及进行烘干除水，且加热炉的温度为140-180℃，加热时间为5-7h，减少原料中的含水量，完成后取出备用；
其中在上述步骤四中，将步骤三中除水完成后的原料投入到粉碎机中，且粉碎机的转速为1200-1500r/min，粉碎时间为10-15min，粉碎制成直径为1-5mm的均匀原料颗粒备用；
其中在上述步骤五中，将步骤四中粉碎之后的原料颗粒投入到高温煅烧炉中在氮气的保护下进行高温煅烧，且初步煅烧的温度为200-500℃，煅烧时间为5-10h，完成后制成第一煅烧后料备用；
其中在上述步骤六中，将步骤五中制成的第一煅烧后料加入到搅拌罐中，随后向搅拌罐中加入适量的质量分数在10-12％之间的稀盐酸，随后进行搅拌酸洗，且搅拌酸洗的时间为2-30h，酸洗的温度为20-28℃，完成后取出备用；
其中在上述步骤七中，将步骤六中酸洗完成的第一煅烧后料利用烘干机烘干，完成后进行粉碎，之后过800-1000目的筛网进行筛分，制成粒径均匀的碳前驱体备用；
其中在上述步骤八中，将步骤七中制成的碳前驱体和步骤一中选取的含磷和硼的掺杂物进行均匀混合，完成后再次投入到高温煅烧炉中在氮气的保护下进行高温煅烧，且混合煅烧的温度为1150-1350℃，煅烧的时间为4-8h，完成后制成第二煅烧后料备用；
其中在上述步骤九中，将步骤一中选取的高分子聚合物溶入水中制成聚合物水溶液备用，随即将步骤八中的第二煅烧后料加入，搅拌均匀，制成混合溶液备用；
其中在上述步骤十中，将步骤九中制成的混合溶液利用干燥机进行干燥，制成混合料备用，将混合料经过打散、筛分和去磁后制成硬碳负极材料半成品备用；
其中在上述步骤十一中，将步骤十中制成的硬碳负极材料半成品投入到加热炉，在氩气和甲苯混合气体的气氛下，进行加热改性，且加热改性的温度为1000℃，加热改性的时间为1-2h，完成后取出冷却制成硬碳负极材料成品。
基于上述，本发明的优点在于，利用生物质原料和高分子聚合物混合作为原料来制备硬碳负极材料，在保证了材料性能的同时大幅度的降低了生产成本，并且实现了废物利用，有利于环保，制作方法简单，工艺标准适合大范围推广，同时适合连续性加工生产，在生产过程中加入磷元素，有利于提升电池的可逆容量，降低了电池的不可逆容量，并且增加了电池的充放电效率，加入有硼元素，增加了电池的双层电容和碳结构的有序化，降低了反应阻抗，有利于增加锂的固相扩散系数，同时对硬碳负极材料在氩气和甲苯的气氛下进行1000℃的加热改性，有利于增加电池的容量和耐用性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (4)

1.一种用于锂离子硬碳负极材料的连续式加工制备方法，包括以下步骤：步骤一，原料选取；步骤二，表面清洁；步骤三，烘干除水；步骤四，原料粉碎；步骤五，初步煅烧；步骤六，酸洗处理；步骤七，烘干过筛；步骤八，混合煅烧；步骤九，混合搅拌；步骤十，产品后处理；步骤十一，产品改性；其特征在于：
其中在上述步骤一中，首先将适量的生物质原料、含磷和硼的掺杂物以及高分子聚合物准备好；
其中在上述步骤二中，将步骤一中准备的生物质原料利用清水进行浸泡清洗，清洗完成后取出备用；
其中在上述步骤三中，将步骤二中清洗完成后的原料放入到加热炉中及进行烘干除水，减少原料中的含水量，完成后取出备用；
其中在上述步骤四中，将步骤三中除水完成后的原料投入到粉碎机中，粉碎制成直径为1-5mm的均匀原料颗粒备用；
其中在上述步骤五中，将步骤四中粉碎之后的原料颗粒投入到高温煅烧炉中在氮气的保护下进行高温煅烧，完成后制成第一煅烧后料备用；初步煅烧的温度为200-500℃，煅烧时间为5-10h；
其中在上述步骤六中，将步骤五中制成的第一煅烧后料加入到搅拌罐中，随后向搅拌罐中加入适量的质量分数在10-12％之间的稀盐酸，随后进行搅拌酸洗，完成后取出备用；搅拌酸洗的时间为2-30h，酸洗的温度为20-28℃；
其中在上述步骤七中，将步骤六中酸洗完成的第一煅烧后料利用烘干机烘干，完成后进行粉碎，之后过800-1000目的筛网进行筛分，制成粒径均匀的碳前驱体备用；
其中在上述步骤八中，将步骤七中制成的碳前驱体和步骤一中选取的含磷和硼的掺杂物进行均匀混合，完成后再次投入到高温煅烧炉中在氮气的保护下进行高温煅烧，完成后制成第二煅烧后料备用；混合煅烧的温度为1150-1350℃，煅烧的时间为4-8h；
其中在上述步骤九中，将步骤一中选取的高分子聚合物溶入水中制成聚合物水溶液备用，随即将步骤八中的第二煅烧后料加入，搅拌均匀，制成混合溶液备用；
其中在上述步骤十中，将步骤九中制成的混合溶液利用干燥机进行干燥，制成混合料备用，将混合料经过打散、筛分和去磁后制成硬碳负极材料半成品备用；
其中在上述步骤十一中，将步骤十中制成的硬碳负极材料半成品投入到加热炉，在氩气和甲苯混合气体的气氛下，进行加热改性，完成后取出冷却制成硬碳负极材料成品；加热改性的温度为1000℃，加热改性的时间为1-2h。
2.根据权利要求1所述的一种用于锂离子硬碳负极材料的连续式加工制备方法，其特征在于：所述步骤一中，生物质原料包括稻壳、麦壳、甘蔗渣、花生壳、秸秆和椰壳其中一种或者多种混合物。
3.根据权利要求1所述的一种用于锂离子硬碳负极材料的连续式加工制备方法，其特征在于：所述步骤三中，加热炉的温度为140-180℃，加热时间为5-7h。
4.根据权利要求1所述的一种用于锂离子硬碳负极材料的连续式加工制备方法，其特征在于：所述步骤四中，粉碎机的转速为1200-1500r/min，粉碎时间为10-15min。
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