一种新型锂离子电池负极材料生物质碳包覆双相Li4Ti5O12-TiO2及其应用

摘要

本发明公开了一种新型锂离子电池负极材料生物质碳包覆双相Li4Ti5O12‑TiO2及其应用。本发明将白蜡树翅果皮与二元Li4Ti5O12‑TiO2化合物组成微纳复合材料应用到锂离子电池负极材料中，一方面双相Li4Ti5O12‑TiO2纳米复合结构增加了大界面区域的晶界密度，另一方面微米级的碳化翅果皮具有大孔结构，对产物形成了网络状的支撑，不仅可以提供导电网络，还可以减少Li4Ti5O12、TiO2的团聚，增加反应的活性位点，提高材料的电负性，从而提高材料的电化学性能。这种微纳复合材料不仅具有特殊的结构，还具有微米材料的特点和纳米材料的特殊性能。

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种生物质碳包覆双相Li

背景技术

可充电锂离子电池具有高能量密度和长循环寿命，因此已成功地用作便携式电子设备的电源，而锂离子电池在电动汽车和固定电能中的实际应用储存很大程度上取决于电极材料的电化学性能，如较大的比容量，高倍率容量和良好的循环稳定性。石墨通常用作商用锂离子电池的负极，但由于其低的Li

最近，研究人员已报告并证明生物质碳也可用于锂离子电池。生物质碳材料因其具有多孔结构，比表面积大，导电性好，来源丰富和环境友好等优点引起了研究者的广泛关注，并且生物质碳材料作为高导电材料添加到电极材料中可以改善其电化学性能。Sun使用柚子皮作为锂离子电池负极材料的生物质碳，这种负极材料表现出较高的比容量。另外，许多不同类型的叶子也用作电极材料的生物质碳，例如枫叶，银杏叶等。总而言之，生物质碳已经非常流行用于电极材料。生物质碳添加到电极材料中提供三维网络结构，可以为Li

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好电化学性能的新型锂离子电池负极材料生物质碳包覆双相Li

本发明提供的技术方案是，一种新型锂离子电池负极材料生物质碳包覆双相Li

进一步的，上述的一种新型锂离子电池负极材料生物质碳包覆双相Li

进一步的，上述的一种新型锂离子电池负极材料生物质碳包覆双相Li

进一步的，上述的一种新型锂离子电池负极材料生物质碳包覆双相Li

进一步的，上述的一种新型锂离子电池负极材料生物质碳包覆双相Li

进一步的，上述的一种新型锂离子电池负极材料生物质碳包覆双相Li

进一步的，上述的一种新型锂离子电池负极材料生物质碳包覆双相Li

本发明提供的生物质碳包覆双相Li

进一步的，方法如下：将负极材料、粘结剂和导电剂搅拌均匀涂敷于铜箔上作为锂离子电池的负极；所述的负极材料为上述的生物质碳包覆双相Li

本发明的有益效果是：

1.本发明材料易得，以反应釜水热反应，真空干燥，高温煅烧得到微纳复合材料，合成过程条件操作简单，容易控制，易于工业化生产。

2.本发明以天然植物白蜡树的翅果皮为碳源，它的主要成分是纤维素，半纤维素和木质素，通过高温热解而碳化为功能碳，其碳化过程相对简单，具有独特的微米级孔隙结构，导致较高的初始库仑效率。白蜡树广泛分布于中国南北各省区，具有来源丰富，绿色环保，可持续再生等优点。

3.本发明将白蜡树翅果皮与二元Li

附图说明

图1为本发明制备的碳化白蜡树翅果皮(a)和Li

图2为本发明制备的碳化白蜡树翅果皮的XRD图。

图3为本发明制备的Li

图4为本发明制备的碳化白蜡树翅果皮(a)和Li

具体实施方式

下面结合具体的实施方案对本发明做进一步解释，但是并不用于限制本发明的保护范围。

为了提高锂离子电池电化学性能，寻找负极材料钛酸锂的合适替代物，本发明提供了一种新型锂离子电池负极材料生物质碳包覆双相Li

(一)生物质多孔碳材料——碳化白蜡树翅果皮的制备

1)室温下，将氢氧化钾溶于蒸馏水中，制备氢氧化钾溶液；

优选的，氢氧化钾溶液的浓度为40-60mg/mL。

更优选的，氢氧化钾溶液的浓度为50mg/mL。

2)将白蜡树翅果皮洗净烘干，研磨成粉末，浸泡于氢氧化钾溶液中，于80℃下磁力搅拌4h；将处理后的白蜡树翅果皮粉末过滤后，于80℃真空干燥12h后置于管式炉中，氩气氛围下，700-900℃煅烧1-3h，所得产物依次用盐酸，蒸馏水离心洗涤至中性，80℃真空干燥12h，研磨，得目标产物碳化白蜡树翅果皮。

优选的，按质量比，白蜡树翅果皮:氢氧化钾＝1:1-3。

优选的，煅烧温度为800℃，煅烧时间为2h。

其中，使用氢氧化钾溶液作为活化剂，可以将微孔和介孔引入到生物质多孔碳的碳骨架中，增加微孔、介孔的孔体积，提高比表面积，从而提高储能和能量转换方面性能。反应过程中K

(二)生物质碳包覆双相Li

1)在室温下，将碳化白蜡树翅果皮和LiOH·H

优选的，水热处理温度为180℃，水热处理时间为24h。

2)将步骤1)得到的前驱体粉末置于管式炉中，在氩气氛围下，600-800℃煅烧1-3h，研磨，得目标产物生物质碳包覆双相Li

优选的，煅烧温度为700℃，煅烧时间为2h。

(三)锂离子纽扣电池

以Li

优选的，所述导电剂为乙炔黑。

优选的，所述粘结剂为PVDF。

优选的，按重量比，Li

实施例1

(一)生物质碳包覆双相Li

1)将干燥好的白蜡树翅果皮研磨成粉末，称取2.5g白蜡树翅果皮粉加入到50mL浓度为50mg/mL的氢氧化钾溶液中进行活化，在80℃下磁力搅拌4h。过滤，将活化处理后的白蜡树翅果皮粉于80℃真空干燥12h。然后置于管式炉中，氩气氛围下，800℃煅烧2h，所得产物依次用盐酸，蒸馏水离心洗涤至中性，80℃真空干燥12h，研磨，得目标产物碳化白蜡树翅果皮。

2)取步骤1)得到的碳化白蜡树翅果皮0.04g和0.168g LiOH·H

(二)材料表征

图1为本发明制备的碳化白蜡树翅果皮(a)和Li

图2为制备的碳化白蜡树翅果皮的XRD图，由图2可以看出在2θ＝26°处有一个明显的石墨型碳特征峰。

图3为制备的Li

图4为本发明制备的碳化白蜡树翅果皮(a)和Li

结合图1、2、3和4说明本发明制备的产物为Li

实施例2

(一)生物质碳包覆双相Li

1)将干燥好的白蜡树翅果皮研磨成粉末，称取2.5g白蜡树翅果皮粉加入到50mL浓度为50mg/mL的氢氧化钾溶液中进行活化，在80℃下磁力搅拌4h。过滤，将活化处理后的白蜡树翅果皮粉于80℃真空干燥12h。然后置于管式炉中，氩气氛围下，800℃煅烧2h，所得产物依次用盐酸，蒸馏水离心洗涤至中性，80℃真空干燥12h，研磨，得目标产物碳化白蜡树翅果皮。

2)取步骤1)得到的碳化白蜡树翅果皮0.05g和0.168g LiOH·H

实施例3

(一)生物质碳包覆双相Li

1)将干燥好的白蜡树翅果皮研磨成粉末，称取2.5g白蜡树翅果皮粉加入到50mL浓度为50mg/mL的氢氧化钾溶液中进行活化，在80℃下磁力搅拌4h。过滤，将活化处理后的白蜡树翅果皮粉于80℃真空干燥12h。然后置于管式炉中，氩气氛围下，800℃煅烧2h，所得产物依次用盐酸，蒸馏水离心洗涤至中性，80℃真空干燥12h，研磨，得目标产物碳化白蜡树翅果皮。

2)取步骤1)得到的碳化白蜡树翅果皮0.06g和0.168gLiOH·H

实施例4

生物质碳包覆双相Li

锂离子电池的装配，方法如下：取市面所买普通乙炔黑作为导电剂材料、PVDF作为粘结剂、分别以实施例1、2和3制备的Li

电化学性能测试：

以市面上买到的Li

表1不同负极材料所制备的电池的电化学性能比较(充放电倍率1C)

由表1可见，相比于普通的Li

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。