CN105244473A - 一种提高锂离子电池炭负极材料电化学性能的后处理方法 - Google Patents

一种提高锂离子电池炭负极材料电化学性能的后处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105244473A
CN105244473A CN201410326677.4A CN201410326677A CN105244473A CN 105244473 A CN105244473 A CN 105244473A CN 201410326677 A CN201410326677 A CN 201410326677A CN 105244473 A CN105244473 A CN 105244473A
Authority
CN
China
Prior art keywords
acid
carbon
lithium ion
ion battery
charcoal
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.)
Pending
Application number
CN201410326677.4A
Other languages
English (en)
Inventor
宋怀河
范成伟
吴清霞
高利
陈晓红
贾殿赠
韩刚
陈志刚
廖焱
徐辉
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.)
Xifeng Industry & Trade Corp Of Urumqi Petroleum Chemical General Factory
Beijing University of Chemical Technology
Original Assignee
Xifeng Industry & Trade Corp Of Urumqi Petroleum Chemical General Factory
Beijing University of Chemical Technology
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 Xifeng Industry & Trade Corp Of Urumqi Petroleum Chemical General Factory, Beijing University of Chemical Technology filed Critical Xifeng Industry & Trade Corp Of Urumqi Petroleum Chemical General Factory
Priority to CN201410326677.4A priority Critical patent/CN105244473A/zh
Publication of CN105244473A publication Critical patent/CN105244473A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

本发明涉及提高锂离子电池炭负极材料电化学性能的后处理方法，具体步骤如下：将氧化性酸与蒸馏水按照体积比1∶0.1～1∶10混合得到酸性溶液，将平均直径为1～50um的炭材料在酸性溶液室温搅拌处理1～24h，用去离子水洗涤至中性并干燥，得到酸处理炭材料；将酸处理炭材料于100℃～500℃空气氧化处理1～12h，得到空气氧化炭的炭材料；将空气氧化产物直接用做锂离子电池负极材料，表现出高的电化学性能。

Description

一种提高锂离子电池炭负极材料电化学性能的后处理方法
技术领域
本发明涉及到锂离子电池硬负极材料技术，尤其涉及到一种提高锂离子电池炭负极材料电化学性能的后处理方法。
背景技术
能源是人类社会高速发展的重要物质保证。如今，地球上的煤炭、天然气和石油等不可在生化石能源日益减少以及化石能源环境污染问题，迫使人类寻找清洁、可持续发展的清洁能源，如风能、太阳能等清洁能源替代化石能源。
锂离子电池是这个时代背景下产生的新型、可持续发展的新能源。锂离子电池具有工作电压高、比能量高、循环性能好、无记忆效应等优点被用于便携式装置用储能电池，如计算机、通讯、消费电子产品等。随着技术的不断提高，人们对锂离子电池的性能提出了更高的要求。锂离子电池的性能在很大程度上由电池电极材料决定，因此改善电池电极材料的性能，得到高比能量、长寿命、安全性好的锂离子电池是目前研究的重点及热点。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种提高锂离子电池炭负极材料电化学性能的后处理方法。
本发明提供一种提高锂离子电池炭负极材料电化学性能的后处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)将酸与蒸馏水按照体积比1∶0.1～1∶10混合得到酸性溶液，将直径为1～50um炭材料用酸性溶液室温搅拌处理1～24h，经过去离子水洗涤至中性并干燥，得到酸处理炭材料；
B)将酸处理炭于马弗炉中100℃～500℃空气氧化处理1～12h，得到空气氧化炭材料；
C)将空气氧化炭材料直接用做锂离子电池负极材料，制备锂离子电池并测试其电化学性能；
优选的，其特征在于，所述酸性溶液选自酸与蒸馏水的体积比1∶0.5～1∶2。浓盐酸、浓硝酸、浓硫酸、高氯酸中的一种或几种。
优选的，所述步骤A)中的炭为酚醛树脂炭、焦炭、中间相沥青炭微球、沥青炭、木炭、竹炭等，其平均直径为1-10um。
优选的，所述步骤A)中酸性溶液室温处理炭材料的时间为6～12h。
优选的，所述步骤B)中的空气氧化温度为250℃～450℃。
优选的，所述步骤B)中的空气氧化时间为3～6h。
本发明的优点：
与现有的发明相比，本发明先将炭材料用一定浓度的酸于室温处理，然后再将酸处理后的炭置于一定温度下空气氧化处理一定时间，这样有利于炭材料能够被充分地氧化、刻蚀。通过此种方法处理炭材料后，炭表明由光滑变为粗糙，含有丰富的含氧官能团，同时炭材料的电化学性能得到明显提升。
硬炭炭球未经过任何处理时，在放电电流密度为50mA/g时，其首次放电比容量为600mAh/g，首次库伦效率为42％，50次循环后放电比容量为200mAh/g，而经过后处理的硬炭炭球，同样在放电电流密度为50mA/g时，其首次放电比容量为1400mAh/g，首次库伦效率为70％，50次循环后放电比容量为500mAh/g。比较硬炭炭球处理前后的电化学性能可知，处理后，炭球的首次放电比容量提高130％，首次库伦效率提高66.67％，50次循环后放电比容量提高150％。
附图说明
附图1为实施例1中酸处理后硬炭炭球的扫描电镜图；
附图2为实施例1中氧化处理后硬炭炭球扫描电镜图；
附图3为未经任何处理的硬炭炭球和实施例1中炭球的放电曲线循环性能图。
具体实施方式
实施例1
将酸与蒸馏水按照体积比1∶1量取20mL的浓硝酸(67％)和20mL的蒸馏水放入250mL的玻璃烧杯中，之后称取0.5g的平均直径为2um酚醛树脂炭球放入烧杯中，室温搅拌处理12h，将经过酸性溶液处理的硬炭炭球用蒸馏水洗涤至中性、干燥，得到酸处理炭球。
将酸处理炭微球于马弗炉中450℃空气氧化处理3h，得到空气氧化炭微球。
将空气氧化炭微球直接用做锂离子电池负极材料，制备锂离子电池并测试其电化学性能。
经过对未经任何处理的硬炭炭球和实施例1中炭球的放电曲线循环性能图分析得到，锂离子电池首次放电比容量提高130％，50次循环后容量仍提高150％。
利用扫描电子显微镜对实施例1中的硬炭炭球空气氧化前后进行分析，得到450℃空气氧化处理3h前后的电镜照片，如图1和图2所示，图1是空气氧化前电镜照片，图2是空气氧化后电镜照片。
附图3是未经任何处理的硬炭炭球和实施例1中炭球的放电曲线循环性能图。由图4电化学性能测试结果表明，未经任何处理的硬炭炭球，在50mA/g电流密度下，首次放电比容量为650mAh/g，首次库伦效率为42％，50次循环后放电比容量为200mAh/g。而经过处理的即实施例1中的硬炭炭球在50mA/g电流密度下，其首次放电比容量为1400mAh/g，首次库伦效率为70％，50次循环后放电比容量为500mAh/g。
实施例2
将酸与蒸馏水按照体积比1∶0.1量取40mL的浓硝酸(67％)和4mL的蒸馏水放入250mL的玻璃烧杯中，之后称取0.5g的平均直径为5um的中间相沥青炭微球放入烧杯中，室温搅拌处理1h，将经过酸性溶液处理的炭球用蒸馏水洗涤至中性、干燥，得到酸处理炭球。
将酸处理炭微球于马弗炉中450℃空气氧化处理3h，得到空气氧化炭微球。
将空气氧化炭微球直接用做锂离子电池负极材料，制备锂离子电池并测试其电化学性能。发现其容量可高达720mAh/g，较原料微球提高200％，50次循环后容量仍提高130％。
实施例3
将酸与蒸馏水按照体积比1∶9量取5mL的浓硝酸(67％)和25mL的蒸馏水放入250mL的玻璃烧杯中，之后称取0.5g的平均粒径为20um的焦炭粉末放入烧杯中，室温搅拌处理24h，将经过酸性溶液处理的硬炭炭球用蒸馏水洗涤至中性、干燥，得到酸处理炭粉。
将酸处理炭粉于马弗炉中100℃空气氧化处理12h，得到空气氧化炭粉。
将空气氧化炭粉直接用做锂离子电池负极材料，制备锂离子电池并测试其电化学性能。发现锂离子电池首次放电比容量提高70％，50次循环后容量仍提高5％。
实施例4
将酸与蒸馏水按照体积比1∶2量取20mL的浓硝酸(67％)和40mL的蒸馏水放入250mL的玻璃烧杯中，之后称取0.5g的平均直径为50um的木炭炭粉放入烧杯中，室温搅拌处理6h，将经过酸性溶液处理的硬炭炭球用蒸馏水洗涤至中性、干燥，得到酸处理炭球。
将酸处理炭微球于马弗炉中450℃空气氧化处理1h，得到空气氧化炭粉。
将空气氧化炭粉直接用做锂离子电池负极材料，制备锂离子电池并测试其电化学性能。锂离子电池首次放电比容量提高130％，达到450mAh/g，50次循环后容量仍提高100％。
实施例5
将酸与蒸馏水按照体积比1∶2量取20mL的浓硫酸(98％)和40mL的蒸馏水放入250mL的玻璃烧杯中，之后称取0.5g的平均直径为50um的硬炭炭球放入烧杯中，室温搅拌处理6h，将经过酸性溶液处理的硬炭炭球用蒸馏水洗涤至中性、干燥，得到酸处理炭球。
将酸处理炭微球于马弗炉中500℃空气氧化处理1h，得到空气氧化炭微球。
将空气氧化炭微球直接用做锂离子电池负极材料，制备锂离子电池并测试其电化学性能。发现锂离子电池首次放电比容量提高25％，50次循环后容量仍提高5％。
实施例6
将酸与蒸馏水按照体积比1∶4量取10mL的浓硝酸(67％)和40mL的蒸馏水放入250mL的玻璃烧杯中，之后称取0.5g的平均直径为10um的竹炭粉放入烧杯中，室温搅拌处理16h，将经过酸性溶液处理的硬炭炭球用蒸馏水洗涤至中性、干燥，得到酸处理炭球。
将酸处理炭微球于马弗炉中400℃空气氧化处理3h，得到空气氧化炭粉。
将空气氧化炭粉直接用做锂离子电池负极材料，制备锂离子电池并测试其电化学性能。发现锂离子电池首次放电比容量提高70％，50次循环后容量仍提高120％。
以上已对本发明的较佳实施例进行了具体比较说明，从而验证本发明对硬炭炭球后处理并用作锂离子电池负极材料的电化学性能的优点。但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种提高锂离子电池炭负极材料电化学性能的后处理方法，其特征在于：将后处理的炭材料用做锂离子电池的负极材料时，电极首次放电比容量可提高10～200％，50次循环后容量仍可提高5～150％。
2.一种制备权利要求1所述炭负极材料后处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)将酸与蒸馏水按照体积比1∶0.1～1∶10混合得到酸性溶液，称取一定量的直径为1～50um炭粉材料在酸性溶液中室温搅拌处理1～24h，后经去离子水洗涤至中性并干燥，得到酸处理炭材料；
B)将酸处理炭材料于100℃～500℃空气氧化处理1～12h，得到空气氧化炭材料；
C)将空气氧化炭材料直接用做锂离子电池负极材料，制备锂离子电池并测试其电化学性能。
3.根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于，所述炭材料为经过500-1500处理的硬炭和软炭材料，包括焦炭、中间相沥青炭微球、酚醛树脂炭、沥青炭、木炭、竹炭，其粒径为1-10um。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述酸性溶液选自浓盐酸、浓硝酸、浓硫酸、高氯酸中的一种或几种。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A)中的酸与蒸馏水的体积比1∶0.5～1∶2。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A)中酸性溶液室温处理炭材料的时间为6～12h。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤B)中的空气氧化温度为250℃～450℃。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤B)中的空气氧化时间为3～6h。
CN201410326677.4A 2014-07-10 2014-07-10 一种提高锂离子电池炭负极材料电化学性能的后处理方法 Pending CN105244473A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410326677.4A CN105244473A (zh) 2014-07-10 2014-07-10 一种提高锂离子电池炭负极材料电化学性能的后处理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410326677.4A CN105244473A (zh) 2014-07-10 2014-07-10 一种提高锂离子电池炭负极材料电化学性能的后处理方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105244473A true CN105244473A (zh) 2016-01-13

Family

ID=55042034

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410326677.4A Pending CN105244473A (zh) 2014-07-10 2014-07-10 一种提高锂离子电池炭负极材料电化学性能的后处理方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105244473A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107170986A (zh) * 2017-05-11 2017-09-15 华南农业大学 一种锂离子电池竹炭负极材料的制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1387268A (zh) * 2001-05-22 2002-12-25 中国科学院金属研究所 一种可充电池电极及其制备方法
CN1688046A (zh) * 2005-04-06 2005-10-26 清华大学 一种提高碳纳米管电化学储锂容量的方法
CN1785510A (zh) * 2005-11-10 2006-06-14 上海交通大学 碳纳米笼负载金属铂纳米粒子电极催化剂的制备方法
WO2007114849A2 (en) * 2005-11-04 2007-10-11 Meadwestvaco Corporation Activated carbon from carbohydrate
TW201221473A (en) * 2010-10-12 2012-06-01 Aquion Energy Inc Activated carbon with surface modified chemistry

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1387268A (zh) * 2001-05-22 2002-12-25 中国科学院金属研究所 一种可充电池电极及其制备方法
CN1688046A (zh) * 2005-04-06 2005-10-26 清华大学 一种提高碳纳米管电化学储锂容量的方法
WO2007114849A2 (en) * 2005-11-04 2007-10-11 Meadwestvaco Corporation Activated carbon from carbohydrate
CN1785510A (zh) * 2005-11-10 2006-06-14 上海交通大学 碳纳米笼负载金属铂纳米粒子电极催化剂的制备方法
TW201221473A (en) * 2010-10-12 2012-06-01 Aquion Energy Inc Activated carbon with surface modified chemistry

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107170986A (zh) * 2017-05-11 2017-09-15 华南农业大学 一种锂离子电池竹炭负极材料的制备方法
CN107170986B (zh) * 2017-05-11 2019-10-22 华南农业大学 一种锂离子电池竹炭负极材料的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104124431B (zh) 一种锂离子电池用石墨负极材料及其制备方法
CN102659091A (zh) 一种高容量的石墨材料及其制备方法和其应用
CN104716312A (zh) 一种锂离子电池用硅碳复合材料及其制备方法和应用
CN103833032A (zh) 基于石墨烯的复合负极材料
CN103346301A (zh) 三维结构的石墨烯基金属氧化物复合材料的制备方法及其应用
CN102569750A (zh) 锂离子电池负极复合材料及其制备方法
CN104803383A (zh) 一种利用樟树叶制备超级电容器活性炭的方法
CN107611396B (zh) 一种硫-沥青基/石墨烯复合材料及其制备方法和应用
CN104495788A (zh) 一种多孔碳的制备方法
CN104843685A (zh) 利用牲畜粪便制备三维多孔类石墨烯碳电极材料的方法
CN109637829A (zh) 一种通过海藻酸钠与二胺类化合物交联制备氮掺杂多孔碳的方法
CN104505511A (zh) 一种铅炭复合材料、其制备方法及在铅炭电池中的应用
CN104810161A (zh) 一种氮氧掺杂空心纳米炭球制备方法及其电化学储能应用
CN104528685A (zh) 一种掺硫碳材料及其制备方法
CN106025216B (zh) 锂硫电池正极材料、其制备方法及锂硫电池
Hu et al. Using silkworm excrement and spent lead paste to prepare additives for improving the cycle life of lead-acid batteries
CN105293467A (zh) 一种酚醛树脂/煤沥青复合基改性硬碳负极材料、其制备方法及其应用
WO2017024891A1 (zh) 一种锂离子动力电池负极材料的制备方法
CN103441242B (zh) 基于化学活化的剑麻炭纤维制备锂离子电池负极材料的方法
CN105810456A (zh) 一种活化石墨烯/针状氢氧化镍纳米复合材料及其制备方法
CN105800613A (zh) 一种基于石墨烯复合改性超级电容器用活性炭的制备方法
CN103441280B (zh) 水热活化的剑麻炭纤维制备锂离子电池负极材料的方法
CN101880042A (zh) 用于制备锂离子电池负极的人造石墨微球及其制备方法
CN104466182A (zh) 一种氮掺杂纳米碳包覆/氧化改性石墨复合材料及其制备方法
CN106544786A (zh) 一种镧锂钛掺杂改性静电纺超级电容器隔膜材料

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20160113

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication