LU600656B1 - A process for producing carbon electrode materials for lithium batteries from balsa wood biomass - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff- Elektrodenmaterialien für Lithiumbatterien aus Balsaholz-Biomasse, das zum technischen Gebiet der Elektrodenmaterialien für Ionenbatterien gehört und auf die Probleme poröser Kohlenstoff- Elektrodenmaterialien mit einer geringen Anzahl von Mikroporen, einer kleinen spezifischen Oberfläche, einem hohen Aschegehalt, hohen Verunreinigungen und einer geringen spezifischen Kapazität der Lithiumspeicherung abzielt, wobei die vorliegende Erfindung zur Herstellung hochwertiger poröser Kohlenstoffmaterialien mit hoher Wertschöpfung beiträgt; Im Hinblick auf die Innovation des Karbonisierungsprozesses ist die Verwendung einer zweistufigen temperaturgesteuerten Hochtemperaturkarbonisierung und die Kombination einer Vielzahl von porenbildenden Mitteln in Verbindung mit der Strategie förderlich, um poröse Kohlenstoffmaterialien mit reicheren Mikro- und Nano-Mehrstufenporenstrukturen zu erhalten. Darüber hinaus ist die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellte Herstellungsmethode einfach, kostengünstig und für die industrielle Massenproduktion geeignet, und das durch diese Methode hergestellte poröse Kohlenstoffmaterial hat eine ultrahohe spezifische Oberfläche, reichlich Mikroporen und wenig Asche, geringe Verunreinigungen, eine hohe Reinheit und eine extrem hohe spezifische Lithium-Speicherkapazität, die von großer Bedeutung und Wert für die Entwicklung von Kohlenstoffanodenmaterialien für neue Lithium-Ionen-Batterien ist..The present invention discloses a method for producing carbon electrode materials for lithium batteries from balsa wood biomass, which belongs to the technical field of electrode materials for ion batteries and aims at the problems of porous carbon electrode materials having a small number of micropores, a small specific surface area, a high ash content, high impurities, and a low specific lithium storage capacity. The present invention contributes to the production of high-quality porous carbon materials with high added value. In view of the innovation of the carbonization process, the use of two-stage temperature-controlled high-temperature carbonization and the combination of a plurality of pore-forming agents in conjunction with the strategy is conducive to obtaining porous carbon materials with richer micro- and nano-multistage pore structures. Furthermore, the preparation method provided by the present invention is simple, inexpensive, and suitable for industrial mass production, and the porous carbon material prepared by this method has an ultra-high specific surface area, abundant micropores, and low ash, low impurities, high purity, and extremely high specific lithium storage capacity, which is of great significance and value for the development of carbon anode materials for new lithium-ion batteries.
Description
Ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Elektrodenmaterialien für LU600656A method for producing carbon electrode materials for LU600656
Lithiumbatterien aus Balsaholz-BiomasseLithium batteries made from balsa wood biomass
Technischer BereichTechnical area
Die vorliegende Erfindung gehört zum technischen Gebiet der Elektrodenmaterialien fürThe present invention belongs to the technical field of electrode materials for
Ionenbatterien und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Ion batteries and particularly relates to a process for producing carbon
Elektrodenmaterialien fiir Lithiumbatterien aus Balsaholz-Biomasse.Electrode materials for lithium batteries made from balsa wood biomass.
Technologie im HintergrundTechnology in the background
Bestehende poröse Kohlenstoffmaterialien haben die Vorteile einer großen spezifischenExisting porous carbon materials have the advantages of a large specific
Oberfläche, einer gut entwickelten mikro- und mesoporösen Porenstruktur, stabiler physikalisch- chemischer Eigenschaften, sind säure- und alkalibeständig, hochtemperaturbeständig, billig und leicht zu erhalten und regenerierbar usw. und werden häufig in den Bereichen Adsorption, katalytische Reaktion und Elektrochemie eingesetzt. Das poröse Kohlenstoffmaterial mit einzigartiger mikroporöser - mesoporöser mehrstufiger Porenstruktur erhält immer mehrSurface, a well-developed micro- and mesoporous pore structure, stable physicochemical properties, are acid and alkali resistant, high temperature resistant, inexpensive and easy to maintain and regenerate, etc., and are widely used in the fields of adsorption, catalytic reaction, and electrochemistry. The porous carbon material with unique microporous-mesoporous multi-level pore structure is receiving more and more attention.
Aufmerksamkeit bei der Anwendung von Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien, was darauf zurückzuführen ist, dass die reichlich vorhandenen Mikroporen in diesem porösenAttention in the application of anode materials for lithium-ion batteries, which is due to the fact that the abundant micropores in this porous
Kohlenstoffmaterial eine hervorragende Lithium-Speicherleistung aufweisen, während dieCarbon material has excellent lithium storage performance, while the
Mesoporen mit relativ großer Porengröße als Kanal für die Übertragung von Lithium-Ionen verwendet werden können, um schnell ein- und ausgebettet zu werden, so dass es ein wünschenswerteres Anodenmaterial für die Lithium-Speicherung sein kann.Mesopores with relatively large pore size can be used as a channel for the transfer of lithium ions to be rapidly embedded and unembedded, so it may be a more desirable anode material for lithium storage.
China ist besonders reich an Waldressourcen, und allein die Menge der Waldabfälle beläuft sich auf mehr als 1 Milliarde Tonnen pro Jahr. Im Vergleich zu porösem Kohlenstoff aufChina is particularly rich in forest resources, and the amount of forest waste alone amounts to more than 1 billion tons per year. Compared to porous carbon on
Kohlebasis hat die Verwendung von Forstprodukten und deren Abfällen zur Herstellung von porösem Kohlenstoff auf Holzbasis die Vorteile einer breiten Rohstoffquelle, geringerCoal-based, the use of forest products and their waste to produce porous wood-based carbon has the advantages of a broad raw material source, low
Kohlenstoffemissionen und niedriger Preise. Ihre industrielle Entwicklung steht in hohem Maße im Einklang mit der nationalen „Dual-Carbon“-Strategie und kann die grüne Transformation von „Kohlenstoff-Kohlenstoff“ fördern, was von großer Bedeutung und Wert für die Energie- undCarbon emissions and low prices. Its industrial development is highly consistent with the national dual-carbon strategy and can promote the green transformation of carbon-carbon, which is of great significance and value for the energy and
Umweltnachhaltigkeit ist.environmental sustainability is.
Baumbiomasse ist ein reichhaltiges Rohmaterial für die Herstellung von porösenTree biomass is a rich raw material for the production of porous
Kohlenstoffmaterialien. Balsaholz ist der am schnellsten wachsender und leichtester Baum in derCarbon materials. Balsa wood is the fastest growing and lightest tree in the
Natur, und im Vergleich zu anderen Bäumen, Balsaholz selbst hat eine hohe spezifische Fläche und entwickelte Mikro-Nano-Porenstruktur, die ein sehr ideales Rohmaterial für die Herstellung von porösen Kohlenstoff-Materialien ist. Die vorliegende Erfindung wählt Balsaholz und seine „drei Reste“ als Kohlenstoffquelle, nutzt seine natürlich reiche Porenstruktur, und durch dieNature, and compared to other trees, balsa wood itself has a high specific area and developed micro-nano pore structure, which is a very ideal raw material for the production of porous carbon materials. The present invention selects balsa wood and its "three residues" as a carbon source, utilizes its naturally rich pore structure, and through the
Verwendung von Porenbildner und Aktivator, um weitere Poren und Aktivierung zu machen, kann es hochwertige, hochwertige Holz porôsen Kohlenstoffmaterialien vorzubereiten.Using pore former and activator to make further pores and activation, it can prepare high-quality, high-quality wood porous carbon materials.
Bestehende poröse Kohlenstoffelektrodenmaterialien haben eine geringe Anzahl vonExisting porous carbon electrode materials have a small number of
Mikroporen, eine kleine spezifische Oberfläche, einen hohen Aschegehalt, viele Verunreinigungen, eine geringe Reinheit und eine geringe spezifische Lithium-Speicherkapazität.Micropores, a small specific surface area, a high ash content, many impurities, low purity and a low specific lithium storage capacity.
Daher besteht ein Bedarf an einem Verfahren zur Herstellung vonTherefore, there is a need for a process for the production of
Kohlenstoffelektrodenmaterialien fiir Lithiumbatterien aus Balsaholz-Biomasse, um die Probleme der bestehenden porösen Kohlenstoffelektrodenmaterialien mit einer geringen Anzahl vonCarbon electrode materials for lithium batteries from balsa wood biomass to solve the problems of existing porous carbon electrode materials with a small number of
Mikroporen, einer kleinen spezifischen Oberfläche, einem hohen Aschegehalt, einer hohen Anzahl von Verunreinigungen, einer geringen Reinheit und einer geringen Lithium-Speicherfähigkeit imMicropores, a small specific surface area, a high ash content, a high number of impurities, low purity and low lithium storage capacity in
Stand der Technik zu lösen.state of the art.
Inhalt der ErfindungContent of the invention
Eines der Ziele der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung vdi/600656One of the aims of the present invention is to provide a process for the preparation vdi/600656
Kohlenstoff-Elektrodenmaterialien für Lithiumbatterien aus Balsaholz-Biomasse bereitzustellen, wobei das hergestellte poröse Material eine große spezifische Oberfläche, einen niedrigenTo provide carbon electrode materials for lithium batteries from balsa wood biomass, wherein the produced porous material has a large specific surface area, low
Aschegehalt, eine stabile Beschaffenheit und einen hohen Mehrwert aufweist. Eines der Ziele der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kohlenstoff-Elektrodenmaterial für Lithiumbatterien ausash content, a stable nature and high added value. One of the aims of the present invention is to provide a carbon electrode material for lithium batteries from
Balsaholz-Biomasse bereitzustellen, das reichlich Mikroporen und eine einzigartige mikroporös- mesoporöse mehrstufige Porenstruktur aufweist. Die Größe der Mikroporen entspricht der räumlichen Größe des Lithium-Ionen-Speichers und hat eine hohe spezifische Lithium-Balsa wood biomass, which has abundant micropores and a unique microporous-mesoporous multi-level pore structure. The size of the micropores corresponds to the spatial size of the lithium-ion storage and has a high specific lithium
Speicherkapazität, während die MeStorage capacity, while the Me
Um den oben genannten Zweck zu erreichen, bietet die vorliegende Erfindung die folgende technische Lösung:To achieve the above-mentioned purpose, the present invention provides the following technical solution:
S1, Auswahl von Balsaholz und seinen drei Resten als Biomasse-Kohlenstoffquelle,S1, Selection of balsa wood and its three residues as biomass carbon source,
Reinigung, um Verunreinigungen auf der Oberfläche zu entfernen, und Trocknen und Zerkleinern als Kohlenstoffquellen-Rohmaterial zur Herstellung von porösen negativenCleaning to remove impurities on the surface, and drying and crushing as carbon source raw material for producing porous negative
Kohlenstoffelektrodenmaterialien;Carbon electrode materials;
S2, Das zerkleinerte Balsaholz wird vorkarbonisiert, getrocknet, um Wasser zu entfernen, und natürlich auf Raumtemperatur abgekühlt, um ein vorkarbonisiertes Produkt zu erhalten;S2, The crushed balsa wood is pre-carbonized, dried to remove water, and naturally cooled to room temperature to obtain a pre-carbonized product;
S3, Das vorkarbonisierte Produkt und das porenbildende Mittel werden homogen gemischt und gemahlen, und das Material wird anschließend in einen Hochtemperatur-Rohrofen zur zweistufigen temperaturgesteuerten Hochtemperaturverkohlung unter einer Atmosphäre aus N2- oder Ar-Gas überführt und natürlich abgekühlt und gemahlen;S3, The pre-carbonized product and the pore-forming agent are homogeneously mixed and ground, and the material is then transferred to a high-temperature tube furnace for two-stage temperature-controlled high-temperature carbonization under an atmosphere of N2 or Ar gas, and naturally cooled and ground;
S4, Das zweistufige Hochtemperaturkarbonisierungsprodukt wird mit Säure gewaschen und mit Wasser bis zur Neutralität gewaschen, die im Material vorhandenen Verunreinigungen werden entfernt, und das Material wird gepumpt und getrocknet, um ein porôses Kohlenstoffmaterial mit einer mikroporôsen und mesoporôsen mehrstufigen Porenstruktur zu erhalten;S4, The two-stage high-temperature carbonization product is washed with acid and washed with water until neutral, the impurities present in the material are removed, and the material is pumped and dried to obtain a porous carbon material with a microporous and mesoporous multi-stage pore structure;
SS, Das porôse Kohlenstoffmaterial wird gerührt und mit einem leitfähigen Mittel und einemSS, The porous carbon material is stirred and mixed with a conductive agent and a
Bindemittel in einem Lösungsmittel dispergiert, um eine Anodenaufschlämmung zu bilden, und dann wird die Aufschlimmung auf einen Anodenkollektor aufgetragen und getrocknet und geschnitten, um eine Lithiumionenbatterie-Kohlenstoffanode zu erhalten.Binder is dispersed in a solvent to form an anode slurry, and then the slurry is applied to an anode collector and dried and cut to obtain a lithium-ion battery carbon anode.
Vorzugsweise sind in S1 die drei Reststoffe Sägemehl, Rinde und Späne.Preferably, the three residual materials in S1 are sawdust, bark and chips.
In S2 beträgt die Vorkarbonisierungstemperatur vorzugsweise 150-200 °C, dieIn S2, the pre-carbonization temperature is preferably 150-200 °C, the
Temperatursteigerungsrate 5-10 °C/min und die Vorkarbonisierungszeit 4-10 Stunden.Temperature increase rate 5-10 °C/min and pre-carbonization time 4-10 hours.
Vorzugsweise ist in S3 das verwendete Porenbildungsmittel zwei oder mehr von KOH,Preferably, in S3, the pore-forming agent used is two or more of KOH,
KHCO3, Li2CO3, CaCO3, und das Gewichtsverhältnis des Vorkarbonisierungsprodukts zumKHCO3, Li2CO3, CaCO3, and the weight ratio of the pre-carbonization product to
Porenbildungsmittel ist 1: 0,1-0,3.Pore forming agent is 1: 0.1-0.3.
Vorzugsweise beträgt in S3 die Temperatur der ersten Karbonisierungsstufe 500-700°C und die Karbonisierungszeit 6-10h; die Temperatur der zweiten Karbonisierungsstufe beträgt 800- 1000°C und die Karbonisierungszeit 1-4h.Preferably, in S3, the temperature of the first carbonization stage is 500-700°C and the carbonization time is 6-10h; the temperature of the second carbonization stage is 800-1000°C and the carbonization time is 1-4h.
Vorzugsweise ist in S4 die im Beizprozess verwendete Säure eine oder beide von HCI, H3PO4.Preferably in S4 the acid used in the pickling process is one or both of HCl, H3PO4.
Vorzugsweise sind in SS das leitfähige Mittel und das Bindemittel Acetylenschwarz bzw.Preferably in SS the conductive agent and the binder are acetylene black and acetylene black respectively.
Polyvinylidenfluorid, wobei das Gewichtsverhältnis des porôsen Kohlenstoffmaterials, desPolyvinylidene fluoride, wherein the weight ratio of the porous carbon material, the
Acetylenschwarzes und des Polyvinylidenfluorids 1:0,05-0,1:0,05-0,1 beträgt und homogen gemischt ist.Acetylene black and polyvinylidene fluoride is 1:0.05-0.1:0.05-0.1 and is mixed homogeneously.
Vorzugsweise hat das in SS hergestellte porôse Kohlenstoffmaterial eine spezifischePreferably, the porous carbon material produced in SS has a specific
Oberfläche von mehr als 1800 m*/g, die PorengrôBe ist hauptsächlich zwischen 0,1 und 6 nm verteilt, und der Prozentsatz des mikroporösen Volumens von 0,5-1 nm beträgt mehr als 50%. LU600656Surface area of more than 1800 m*/g, pore size is mainly distributed between 0.1 and 6 nm, and the percentage of microporous volume of 0.5-1 nm is more than 50%. LU600656
Vorzugsweise hat die hergestellte Kohlenstoffanode für Lithium-Ionen-Batterien eine spezifische Lithium-Speicherkapazität von 3400 mAh/g, eine Lade-/Entlade-Multiplikationsrate von 0,1-3 C und eine Zykluslebensdauer von mehr als 2000 Mal.Preferably, the produced carbon anode for lithium-ion batteries has a specific lithium storage capacity of 3400 mAh/g, a charge/discharge multiplication rate of 0.1-3 C and a cycle life of more than 2000 times.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Kohlenstoff-Flektrodenmaterial fürThe present invention also provides a carbon electrode material for
Lithiumbatterien aus Balsaholz-Biomasse zur Verfügung, das unter Verwendung des genanntenLithium batteries made from balsa wood biomass are available, which is produced using the
Verfahrens zur Herstellung von Kohlenstoff-Elektrodenmaterialien für Lithiumbatterien ausProcess for the production of carbon electrode materials for lithium batteries from
Balsaholz-Biomasse hergestellt wird.Balsa wood biomass is produced.
Verglichen mit dem Stand der Technik stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zurCompared to the prior art, the present invention provides a method for
Herstellung von Kohlenstoff-Elektrodenmaterialien für Lithiumbatterien aus Balsaholz-Biomasse bereit, das zumindest die folgenden vorteilhaften Effekte aufweist:Production of carbon electrode materials for lithium batteries from balsa wood biomass, which has at least the following advantageous effects:
In Bezug auf das Screening der Biomasse-Kohlenstoffquelle ist die Verwendung vonRegarding the screening of the biomass carbon source, the use of
Balsaholz, das seine eigenen natürlichen Vorteile hat, wie z.B. eine hohe spezifische Fläche und eine gut entwickelte mikroporöse Struktur, als Kohlenstoffquelle förderlich für die Herstellung von hochwertigen porösen Kohlenstoffmaterialien mit hohem Mehrwert; Was die Innovation desBalsa wood, which has its own natural advantages such as high specific area and well-developed microporous structure, as a carbon source conducive to the production of high-quality porous carbon materials with high added value; As for the innovation of the
Karbonisierungsprozesses betrifft, so ist die Verwendung einer zweistufigen temperaturgesteuerten Hochtemperaturkarbonisierung und die Kombination verschiedener porenbildender Mittel in der Verbindungsstrategie förderlich für den Erhalt porôserCarbonization process, the use of a two-stage temperature-controlled high-temperature carbonization and the combination of different pore-forming agents in the bonding strategy is conducive to obtaining porous
Kohlenstoffmaterialien mit reichhaltigeren Mikro- und Nano-Mehrstufen-Porenstrukturen.Carbon materials with richer micro- and nano-multilevel pore structures.
Außerdem ist das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren einfach, kostengünstig und für die industrielle Massenproduktion geeignet. Das durch diese Methode hergestellte poröseFurthermore, the manufacturing process according to the invention is simple, cost-effective and suitable for industrial mass production. The porous
Kohlenstoffmaterial hat eine ultrahohe spezifische Oberfläche, reichlich Mikroporen, wenig Asche, wenige Verunreinigungen, eine hohe Reinheit und eine extrem hohe spezifische Lithium-Carbon material has an ultra-high specific surface area, abundant micropores, low ash, few impurities, high purity and extremely high specific lithium
Speicherkapazität, was für die Entwicklung von Kohlenstoff-Anodenmaterialien für neue Lithium-storage capacity, which is important for the development of carbon anode materials for new lithium
Ionen-Batterien von großer Bedeutung und Wert ist.Ion batteries are of great importance and value.
Beschreibung der beigefügten ZeichnungenDescription of the attached drawings
Bild 1 ist ein BET-Testergebnis des in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung hergestellten porösen Kohlenstoffmaterials, wobei: (a) Porengrößenverteilungsdiagramm; (b) isotherme Adsorptionskurve;Figure 1 is a BET test result of the porous carbon material prepared in Embodiment 1 of the present invention, wherein: (a) pore size distribution diagram; (b) isothermal adsorption curve;
Bild 2 ist eine Lade- und Entladezykluskurve des negativen Elektrodenmaterials, das inFigure 2 is a charge and discharge cycle curve of the negative electrode material used in
Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde: Lade- und Entladestromdichte von 100 mA/g (linkes Bild); Lade- und Entladestromdichte von 1000 mA/g (rechtes Bild);Embodiment 1 of the present invention was prepared: charge and discharge current density of 100 mA/g (left image); charge and discharge current density of 1000 mA/g (right image);
Bild 3 ist ein Lade-/Entladezyklusdiagramm des negativen Elektrodenmaterials, das inFigure 3 is a charge/discharge cycle diagram of the negative electrode material used in
Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde: Lade-/Entladestromdichte 100Embodiment 2 of the present invention was prepared: Charge/discharge current density 100
MmA/g (linkes Bild); Lade-/Entladestromdichte 500 mA/g (rechtes Bild);MmA/g (left image); charge/discharge current density 500 mA/g (right image);
Bild 4 ist ein Diagramm der Multiplizitätsleistung des negativen Elektrodenmaterials, das inFigure 4 is a graph of the multiplicity performance of the negative electrode material used in
Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde: (a) Multiplizitätszykluskurve, (b) Lade-Entlade-Kurve;Embodiment 3 of the present invention: (a) Multiplicity cycle curve, (b) Charge-discharge curve;
Bild 5 ist ein Diagramm der Ladungs-Entladungs-Zykluskurve (500mA/g) des negativenFigure 5 is a diagram of the charge-discharge cycle curve (500mA/g) of the negative
Elektrodenmaterials, das in Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.Electrode material prepared in Embodiment 4 of the present invention.
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Die technischen Lösungen in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden imThe technical solutions in the embodiments of the present invention are described in
Folgenden in Verbindung mit den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung klar und vollständig beschrieben, und es ist offensichtlich, dass die beschriebenen Ausführungsformen nur einen Teil der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und nicht alle Ausführungsformen darstellen. Ausgehend von den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung fallen auch alk&600656 anderen Ausführungsformen, die ein Fachmann ohne schöpferische Arbeit herstellen kann, in denThe following will be clearly and completely described in connection with the embodiments of the present invention, and it is obvious that the described embodiments represent only a part of the embodiments of the present invention and not all embodiments. Starting from the embodiments of the present invention, other embodiments that a person skilled in the art can produce without creative work also fall within the scope of the invention.
Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.Scope of the present invention.
Ausführungsform 1Embodiment 1
S1, Balsaholz wird als Biomasse-Kohlenstoffquelle ausgewählt und mit deionisiertem Wasser gereinigt, um Verunreinigungen auf der Oberfläche zu entfernen, und wird getrocknet und zerkleinert als …— Kohlenstoffquellen-Rohmaterial zur Herstellung von = porôsenS1, Balsa wood is selected as a biomass carbon source and cleaned with deionized water to remove impurities on the surface, and is dried and crushed as …— carbon source raw material for the production of = porous
Kohlenstoffanodenmaterialien;Carbon anode materials;
S2, Das zerkleinerte Kohlenstoffquellen-Rohmaterial wird unter der Atmosphäre von Luft vorkarbonisiert, mit einer Vorkarbonisierungstemperatur von 180°C, einerS2, The crushed carbon source raw material is pre-carbonized under the atmosphere of air, with a pre-carbonization temperature of 180°C, a
Temperaturerhöhungsrate von 5°C/min, einer Vorkarbonisierungszeit von 6h, und einTemperature increase rate of 5°C/min, a pre-carbonization time of 6h, and a
Vorkarbonisierungsprodukt wird durch natürliches Abkühlen auf Raumtemperatur erhalten;Pre-carbonization product is obtained by natural cooling to room temperature;
S3, Das Vorkarbonisierungsprodukt wurde gleichmäßig mit vier Arten von porenbildendenS3, The pre-carbonization product was uniformly treated with four kinds of pore-forming
Mitteln, nämlich KOH, KHCO3, Li2CO3 und CaCO3, gemischt und gemahlen, und dasagents, namely KOH, KHCO3, Li2CO3 and CaCO3, mixed and ground, and the
Gewichtsverhiltnis des Vorkarbonisierungsprodukts zu dem porenbildenden Mittel betrug 1:0,3.The weight ratio of the pre-carbonization product to the pore-forming agent was 1:0.3.
Dann wurde das Produkt einer Hochtemperaturkarbonisierung unter der Atmosphäre von Ar-Gas unterzogen, und die erste Stufe der Karbonisierung wurde bei einer Karbonisierungstemperatur von 550 °C und einer Karbonisierungszeit von 7 h durchgeführt. Das Vorkarbonisierungsprodukt wurde dann auf Raumtemperatur abgekühlt; Die zweite Stufe der Karbonisierung mit einerThen, the product was subjected to high-temperature carbonization under the atmosphere of Ar gas, and the first stage of carbonization was carried out at a carbonization temperature of 550 °C and a carbonization time of 7 h. The pre-carbonization product was then cooled to room temperature; the second stage of carbonization with a
Temperatur von 900 C, einer Karbonisierungszeit von 2 Stunden und einer natürlichen Abkü hlung auf Raumtemperatur, um ein Hochtemperatur-Karbonisierungsprodukt zu erhalten;Temperature of 900 C, a carbonization time of 2 hours and natural cooling to room temperature to obtain a high-temperature carbonization product;
S4, Das zweistufige Hochtemperaturkarbonisierungsprodukt wird mit Salzsäure gewaschen und bis zur Neutralität gewaschen, die im Material vorhandenen Verunreinigungen werden entfernt, gefiltert und getrocknet, und das poröse Kohlenstoffmaterial wird erhalten;S4, The two-stage high-temperature carbonization product is washed with hydrochloric acid and washed to neutrality, the impurities present in the material are removed, filtered and dried, and the porous carbon material is obtained;
S5, Das poröse Kohlenstoffmaterial wird homogen mit Acetylenschwarz undS5, The porous carbon material is homogeneously coated with acetylene black and
Polyvinylidenfluorid in einem Gewichtsverhältnis von 1:0,1:0,1 gemischt, und Wasser wird hinzugefügt und gerührt, um eine Lithium-Ionen-Batterie-Kohlenstoffanodenaufschlämmung zu erhalten, und dann wird die Aufschlämmung auf einen Anodenkollektor aufgetragen, getrocknet und in Stücke geschnitten, um eine Lithium-Ionen-Batterie-Kohlenstoffanode zu erhalten.Polyvinylidene fluoride is mixed in a weight ratio of 1:0.1:0.1, and water is added and stirred to obtain a lithium-ion battery carbon anode slurry, and then the slurry is applied to an anode collector, dried, and cut into pieces to obtain a lithium-ion battery carbon anode.
Ausführungsform 2Embodiment 2
S1, Die drei Reste von Balsaholz (Sägemehl, Rinde und Späne usw.) werden als Biomasse-S1, The three residues of balsa wood (sawdust, bark and chips, etc.) are used as biomass
Kohlenstoffquelle ausgewählt und mit deionisiertem Wasser gereinigt, um Verunreinigungen auf der Oberfläche zu entfernen, und werden getrocknet und als Kohlenstoffquellen-Rohmaterial für die Herstellung eines porösen negativen Kohlenstoffelektrodenmaterials pulverisiert;Carbon source is selected and cleaned with deionized water to remove impurities on the surface, and are dried and pulverized as a carbon source raw material for the preparation of a porous negative carbon electrode material;
S2, Das zerkleinerte Kohlenstoffquellen-Rohmaterial wird unter der Atmosphäre von Luft vorkarbonisiert, mit einer Vorkarbonisierungstemperatur von 180°C, einerS2, The crushed carbon source raw material is pre-carbonized under the atmosphere of air, with a pre-carbonization temperature of 180°C, a
Temperaturerhöhungsrate von 5°C/min, einer Vorkarbonisierungszeit von 6h, und einTemperature increase rate of 5°C/min, a pre-carbonization time of 6h, and a
Vorkarbonisierungsprodukt wird durch natürliches Abkühlen auf Raumtemperatur erhalten;Pre-carbonization product is obtained by natural cooling to room temperature;
S3, Das Vorkarbonisierungsprodukt wurde homogen mit KOH, KHCO3, Li2CO3 und CaCO3 als Porenbildner gemischt und gemahlen, und das Gewichtsverhältnis desS3, The pre-carbonization product was homogeneously mixed and ground with KOH, KHCO3, Li2CO3 and CaCO3 as pore formers, and the weight ratio of the
Vorkarbonisierungsprodukts zu dem Porenbildner betrug 1:0,2. Dann wurde diepre-carbonization product to the pore former was 1:0.2. Then the
Hochtemperaturkarbonisierung unter Ar-Gasatmosphäre durchgeführt, wobei die Temperatur der ersten Stufe der Karbonisierung 650°C und die Karbonisierungszeit 7 Stunden betrug; dieHigh-temperature carbonization was carried out under Ar gas atmosphere, with the temperature of the first stage of carbonization being 650°C and the carbonization time being 7 hours; the
Temperatur der zweiten Stufe der Karbonisierung betrug 800°C und die Karbonisierungszeit 2The temperature of the second stage of carbonization was 800°C and the carbonization time was 2
Stunden, und das bei hoher Temperatur karbonisierte Produkt wurde durch natürliches Abkühlen auf Raumtemperatur erhalten; LU600656hours, and the high-temperature carbonized product was obtained by natural cooling to room temperature; LU600656
S4, Das zweistufige Hochtemperaturverkokungsprodukt wird mit Salzsäure gewaschen und bis zur Neutralität gewaschen, die im Material vorhandenen Verunreinigungen werden entfernt, und das poröse Kohlenstoffmaterial wird durch Abpumpen und Trocknen gewonnen; 5 SS, Das poröse Kohlenstoffmaterial wird gleichmäßig mit Acetylenschwarz undS4, The two-stage high-temperature coking product is washed with hydrochloric acid and washed to neutrality, the impurities present in the material are removed, and the porous carbon material is obtained by pumping and drying; 5 SS, The porous carbon material is evenly coated with acetylene black and
Polyvinylidenfluorid in einem Gewichtsverhältnis von 1:0,1:0,1 gemischt, und Wasser wird hinzugefügt und gerührt, um eine Lithiumionenbatterie-Kohlenstoffanodenaufschlämmung zu erhalten, und dann wird die Aufschlämmung auf den Anodenkollektor aufgetragen und getrocknet und geschnitten, um eine Lithiumionenbatterie-Kohlenstoffanode zu erhalten.Polyvinylidene fluoride is mixed in a weight ratio of 1:0.1:0.1, and water is added and stirred to obtain a lithium ion battery carbon anode slurry, and then the slurry is applied to the anode collector and dried and cut to obtain a lithium ion battery carbon anode.
Ausführungsform 3Embodiment 3
S1, Die drei Reste von Balsaholz (Sägemehl, Rinde und Späne, etc.) wurden als Biomasse-S1, The three residues of balsa wood (sawdust, bark and chips, etc.) were used as biomass
Kohlenstoffquelle ausgewählt und mit deionisiertem Wasser gereinigt, um Verunreinigungen auf der Oberfläche zu entfernen, und wurden getrocknet und pulverisiert als KohlenstoffquelleCarbon source selected and cleaned with deionized water to remove impurities on the surface, and were dried and pulverized as carbon source
Rohstoff für die Herstellung des porösen Kohlenstoff-Anodenmaterials;Raw material for the production of the porous carbon anode material;
S2, Das zerkleinerte Kohlenstoff-Rohmaterial wird unter der Atmosphäre von Luft vorkarbonisiert, mit einer Vorkarbonisierungstemperatur von 180°C, einerS2, The crushed carbon raw material is pre-carbonized under the atmosphere of air, with a pre-carbonization temperature of 180°C, a
Temperaturerhöhungsrate von 5°C/min, einer Vorkarbonisierungszeit von 6h, und einTemperature increase rate of 5°C/min, a pre-carbonization time of 6h, and a
Vorkarbonisierungsprodukt wird durch natürliches Abkühlen auf Raumtemperatur erhalten;Pre-carbonization product is obtained by natural cooling to room temperature;
S3, Das Vorkarbonisierungsprodukt wird gleichmäßig mit drei Arten von porenbildendenS3, The pre-carbonization product is uniformly treated with three types of pore-forming
Mitteln, nämlich KOH, KHCO3 und CaCOs, gemischt und gemahlen, und das Gewichtsverhältnis des Vorkarbonisierungsprodukts und des porenbildenden Mittels beträgt 1:0,3. Dann wird dieagents, namely KOH, KHCO3 and CaCO3, and the weight ratio of the pre-carbonization product and the pore-forming agent is 1:0.3. Then the
Hochtemperaturkarbonisierung unter der Atmosphäre von Ar-Gas durchgeführt, und die ersteHigh-temperature carbonization was carried out under the atmosphere of Ar gas, and the first
Stufe der Karbonisierung wird bei einer Karbonisierungstemperatur von 550°C für eineThe carbonization stage is carried out at a carbonization temperature of 550°C for a
Karbonisierungszeit von 7h durchgeführt; die zweite Stufe der Karbonisierung wird bei einerCarbonation time of 7h; the second stage of carbonation is carried out at a
Karbonisierungstemperatur von 900°C für eine Karbonisierungszeit von 2h durchgeführt, und dasCarbonization temperature of 900°C for a carbonization time of 2h, and the
Hochtemperaturkarbonisierungsprodukt wird durch natürliches Abkühlen auf Raumtemperatur erhalten;High-temperature carbonization product is obtained by natural cooling to room temperature;
S4, Das zweistufige Hochtemperaturkarbonisierungsprodukt wird mit Salzsäure sauer gewaschen und bis zur Neutralität gewaschen, die im Material vorhandenen Verunreinigungen werden entfernt, gefiltert und getrocknet, und das porôse Kohlenstoffmaterial wird erhalten;S4, The two-stage high-temperature carbonization product is acid-washed with hydrochloric acid and washed to neutrality, the impurities present in the material are removed, filtered and dried, and the porous carbon material is obtained;
SS, Das porôse Kohlenstoffmaterial wird gleichmäßig mit Acetylenschwarz undSS, The porous carbon material is evenly coated with acetylene black and
Polyvinylidenfluorid in einem Gewichtsverhältnis von 1:0,1:0,1 gemischt, und Wasser wird hinzugefügt und gerührt, um eine Lithtumionenbatterie-Kohlenstoffanodenaufschlimmung zu erhalten, und dann wird die Aufschlämmung auf einen Anodenkollektor aufgetragen, getrocknet und geschnitten, und die Lithtumionenbatterie-Kohlenstoffanode wird erhalten.Polyvinylidene fluoride is mixed in a weight ratio of 1:0.1:0.1, and water is added and stirred to obtain a lithium ion battery carbon anode slurry, and then the slurry is applied to an anode collector, dried and cut, and the lithium ion battery carbon anode is obtained.
Ausführungsform 4Embodiment 4
S1, Die drei Reste von Balsaholz (Sägemehl, Rinde und Späne, etc.) wurden als Biomasse-S1, The three residues of balsa wood (sawdust, bark and chips, etc.) were used as biomass
Kohlenstoffquelle ausgewählt und mit deionisiertem Wasser gereinigt, um Verunreinigungen auf der Oberfläche zu entfernen, und wurden getrocknet und pulverisiert als KohlenstoffquelleCarbon source selected and cleaned with deionized water to remove impurities on the surface, and were dried and pulverized as carbon source
Rohstoff für die Herstellung des porôsen Kohlenstoff-Anodenmaterials;Raw material for the production of the porous carbon anode material;
S2, Das zerkleinerte Kohlenstoff-Rohmaterial wird unter der Atmosphäre von Luft vorkarbonisiert, mit einer Vorkarbonisierungstemperatur von 180°C, einerS2, The crushed carbon raw material is pre-carbonized under the atmosphere of air, with a pre-carbonization temperature of 180°C, a
Temperaturerhôhungsrate von 5°C/min, einer Vorkarbonisierungszeit von 6h, und einTemperature increase rate of 5°C/min, a pre-carbonization time of 6h, and a
Vorkarbonisierungsprodukt wird durch natürliches Abkühlen auf Raumtemperatur erhalten;Pre-carbonization product is obtained by natural cooling to room temperature;
S3, Das Vorkarbonisierungsprodukt wird gleichmäßig mit drei Arten von porenbildendenS3, The pre-carbonization product is uniformly treated with three types of pore-forming
Mitteln, nämlich KOH, KHCOs3 und CaCOs, gemischt und gemahlen, und das Gewichtsverhältni$/600656 des Vorkarbonisierungsprodukts und des porenbildenden Mittels beträgt 1:0,3. Dann wird dieagents, namely KOH, KHCO3 and CaCO3, and the weight ratio of the pre-carbonization product and the pore-forming agent is 1:0.3. Then the
Hochtemperaturkarbonisierung unter der Atmosphäre von Ar-Gas durchgeführt, und die ersteHigh-temperature carbonization was carried out under the atmosphere of Ar gas, and the first
Stufe wird bei einer Temperatur von 550°C für eine Karbonisierungszeit von 7h karbonisiert; die zweite Stufe wird bei einer Temperatur von 900°C für eine Karbonisierungszeit von 2h karbonisiert, und das Hochtemperaturkarbonisierungsprodukt wird durch natürliches Abkühlen auf Raumtemperatur erhalten;The first stage is carbonized at a temperature of 550°C for a carbonization time of 7h; the second stage is carbonized at a temperature of 900°C for a carbonization time of 2h, and the high-temperature carbonization product is obtained by natural cooling to room temperature;
S4, Das zweistufige Hochtemperaturverkokungsprodukt wird mit Salzsäure gewaschen und bis zur Neutralität gewaschen, die im Material vorhandenen Verunreinigungen werden entfernt, und das porôse Kohlenstoffmaterial wird durch Abpumpen und Trocknen gewonnen;S4, The two-stage high-temperature coke product is washed with hydrochloric acid and washed to neutrality, the impurities present in the material are removed, and the porous carbon material is obtained by pumping and drying;
SS, Das porôse Kohlenstoffmaterial wird gleichmäßig mit Acetylenschwarz undSS, The porous carbon material is evenly coated with acetylene black and
Polyvinylidenfluorid in einem Gewichtsverhältnis von 1:0,1:0,1 gemischt, und Wasser wird hinzugefügt und gerührt, um eine Lithiumionenbatterie-Kohlenstoffanodenaufschlimmung zu erhalten, und dann wird die Aufschlimmung auf einen Anodenkollektor aufgetragen und getrocknet und in Stücke geschnitten, um eine Lithiumionenbatterie-Kohlenstoffanode zu erhalten.Polyvinylidene fluoride is mixed in a weight ratio of 1:0.1:0.1, and water is added and stirred to obtain a lithium ion battery carbon anode slurry, and then the slurry is applied to an anode collector and dried and cut into pieces to obtain a lithium ion battery carbon anode.
Zusammenfassend: Die vorliegende Ausführungsform stellt eine Lithium-Ionen-Batterie-In summary, the present embodiment provides a lithium-ion battery
Halbzelle bereit, bei der die vorbereitete Elektrodenplatte mit einer Presse verdichtet wird und dasHalf-cell is prepared, in which the prepared electrode plate is compressed with a press and the
Diaphragma als Glasfaserscheibe mit einem Durchmesser von 19 mm ausgewählt wird. DerDiaphragm is selected as a fiberglass disc with a diameter of 19 mm. The
Elektrolyt wird als 1 mol/LLiPF6/EC/DMC/EMC ausgewählt, und die CR2032-Knopfzelle wird in einer Handschuhbox in einer hochreinen Argon-Atmosphäre mit der Lithiumfolie alsElectrolyte is selected as 1 mol/LLiPF6/EC/DMC/EMC, and the CR2032 button cell is stored in a glove box in a high purity argon atmosphere with the lithium foil as
Gegenelektrode zusammengebaut, und die CR2032-Knopfzelle wird 5 Stunden lang stehen gelassen, um einen Lade-/Entladetest der Zelle in einer Blaupunkt-Testplattform unterCounter electrode assembled, and the CR2032 button cell is left for 5 hours to perform a charge/discharge test of the cell in a Blaupunkt test platform under
Verwendung von Stromdichten von 100mA/g und 500mA/g durchzuführen.Using current densities of 100mA/g and 500mA/g.
Die Bilder 1(a) und (b) zeigen die Porengrößenverteilung bzw. die isothermenFigures 1(a) and (b) show the pore size distribution and the isothermal
Adsorptionskurven des in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung hergestellten porôsenAdsorption curves of the porous material prepared in Embodiment 1 of the present invention
Kohlenstoffmaterials. Gemäß den BET-Testergebnissen beträgt die spezifische Oberfläche des hergestellten porösen Kohlenstoffmaterials 2240 m?/g oder mehr; die Porengröße des porôsenCarbon material. According to the BET test results, the specific surface area of the produced porous carbon material is 2240 m?/g or more; the pore size of the porous
Kohlenstoffmaterials ist hauptsächlich mikroporös und kleiner als 1 nm, mit einem Volumenanteil von mehr als 60%, und es gibt auch Mikroporen von 1-2 nm und Mesoporen von 2-3 nm und 4-6 nm, was eine mehrstufige mikroporôse und mesoporöse Struktur des porôsen Kohlenstoffmaterials darstellt. Das große mikroporöse Volumen kann mehr Lithiumionen aufnehmen, und dieThe carbon material is mainly microporous and smaller than 1 nm, with a volume fraction of more than 60%. There are also micropores of 1-2 nm and mesopores of 2-3 nm and 4-6 nm, which represents a multi-level microporous and mesoporous structure of the porous carbon material. The large microporous volume can accommodate more lithium ions, and the
Mesoporen können als Kanäle für den Diffusionstransport von Lithiumionen zum schnellen Ein- und Ausbetten genutzt werden.Mesopores can be used as channels for the diffusion transport of lithium ions for rapid embedding and deembedding.
Bild 2 zeigt die Lade- und Entladezykluskurven des in Ausführungsform 1 hergestelltenFigure 2 shows the charge and discharge cycle curves of the battery manufactured in embodiment 1.
Anodenmaterials bei Stromdichten von 100 bzw. 1000 mA/g. Die Ladekapazität bei eineranode material at current densities of 100 and 1000 mA/g. The charging capacity at a
Stromdichte von 100 mA/g beträgt bis zu 600 mAh/g, und es gibt fast keine Verschlechterung derCurrent density of 100 mA/g is up to 600 mAh/g, and there is almost no deterioration of the
Kapazität bei 700 stabilen Zyklen; beim Laden mit einer hohen Stromdichte von 1000 mA/g ist die spezifische Kapazität immer noch 400 mAh/g oder mehr, und die Kapazitätserhaltungsrate bei 2.500 Zyklen beträgt 90 % oder mehr, was ein hervorragendes Schnellladepotenzial und eine hoheCapacity at 700 stable cycles; when charging at a high current density of 1000 mA/g, the specific capacity is still 400 mAh/g or more, and the capacity retention rate at 2,500 cycles is 90% or more, which has excellent fast charging potential and high
Zyklenstabilität zeigt.shows cycle stability.
Bild 3 zeigt die Kurven der Lade- und Entladezyklen des in Ausführungsform 2 hergestellten negativen Elektrodenmaterials bei einer Stromdichte von 100 bzw. 500 mA/g. Bei einerFigure 3 shows the charge and discharge cycle curves of the negative electrode material prepared in embodiment 2 at a current density of 100 and 500 mA/g, respectively.
Stromdichte von 100 mA/g kann die spezifische Kapazität der ersten Ladung mehr als 780 mAh/g erreichen, und die spezifische Kapazität kann auch nach mehr als 200 Zyklen bei etwa 590 mAh/g gehalten werden; Beim Laden mit einer höheren Stromdichte von 500 mA/g kann die spezifischeCurrent density of 100 mA/g, the specific capacity of the first charge can reach more than 780 mAh/g, and the specific capacity can be maintained at about 590 mAh/g even after more than 200 cycles; When charging with a higher current density of 500 mA/g, the specific
Kapazität der ersten Ladung mehr als 510 mAh/g erreichen, und nach mehr als 1000 Ladezykld/600656 kann die spezifische Kapazität immer noch bei etwa 500 mAh/g gehalten werden.The capacity of the first charge can reach more than 510 mAh/g, and after more than 1000 charging cycles/600656, the specific capacity can still be maintained at about 500 mAh/g.
Bild 4 zeigt das in Ausführungsform 3 hergestellte negative Elektrodenmaterial, und Bild 3 zeigt die Vielfachzykluskurve und die entsprechende Lade-/Entladekurve des in Ausführungsform 2 hergestellten negativen Elektrodenmaterials. Die spezifischen Kapazitäten bei Stromdichten von 50, 100, 500, 1000, 2000 und 5000 mA/g betragen etwa: 670 mAh/g, 560 mAh/g, 450 mAh/g, 320 mAh/g, 280 mAh/g bzw. 200 mAh/g. Wenn die Stromdichte auf 50 mA/g zurückgeht, nähert sich die spezifische Kapazität der anfänglichen spezifischen Kapazität an, was eine ausgezeichneteFigure 4 shows the negative electrode material prepared in Embodiment 3, and Figure 3 shows the multi-cycle curve and the corresponding charge/discharge curve of the negative electrode material prepared in Embodiment 2. The specific capacities at current densities of 50, 100, 500, 1000, 2000, and 5000 mA/g are approximately: 670 mAh/g, 560 mAh/g, 450 mAh/g, 320 mAh/g, 280 mAh/g, and 200 mAh/g, respectively. When the current density decreases to 50 mA/g, the specific capacity approaches the initial specific capacity, demonstrating excellent
Multiplikationsleistung zeigt.shows multiplication performance.
Bild 5 zeigt die Lade-/Entlade-Zykluskurve des in Ausführungsform 4 hergestelltenFigure 5 shows the charge/discharge cycle curve of the battery manufactured in embodiment 4.
Anodenmaterials. Die spezifische Kapazität der Anode beträgt bis zu 400 mAh/g bei einerAnode material. The specific capacity of the anode is up to 400 mAh/g at a
Stromdichte von 500 mA/g, was deutlich höher ist als die verschiedener kommerziellerCurrent density of 500 mA/g, which is significantly higher than that of various commercial
Anodenmaterialien auf Kohlenstoffbasis, die nach 400 Zyklen immer noch eine hohe spezifischeCarbon-based anode materials that still have a high specific
Kapazität von 380 mAh/g aufweisen. Die Kapazitätserhaltungsrate liegt bei über 95 % und dercapacity of 380 mAh/g. The capacity retention rate is over 95% and the
Coulomb-Wirkungsgrad bei 100 %, was für eine hervorragende Kapazität und Zyklenstabilität spricht.Coulomb efficiency at 100%, which indicates excellent capacity and cycle stability.
Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist es für einen Fachmann selbstverständlich, dass eine Vielzahl von Änderungen, Modifikationen,Although embodiments of the present invention have been shown and described, it will be understood by those skilled in the art that numerous changes, modifications,
Substitutionen und Variationen an diesen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von den Grundsätzen und dem Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente begrenzt.Substitutions and variations may be made to these embodiments without departing from the principles and spirit of the present invention, and the scope of the present invention is limited by the appended claims and their equivalents.
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