一种提升电池淀粉基硬碳负极性能的方法及制备的负极材料和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115939378A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211671337.6(22)申请日2022.12.26(71)申请人中南大学地址410083湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号(72)发明人孙旦刘睿王海燕唐有根(74)专利代理机构长沙市融智专利事务所(普通合伙)43114专利代理师袁靖(51)Int.Cl.H01M4/587(2010.01)H01M10/054(2010.01)权利要求书1页说明书9页附图3页(54)发明名称一种提升电池淀粉基硬碳负极性能的方法及制备的负极材料和应用(57)摘要本发明公开了一种提升电池淀粉基硬碳负极性能的方法及制备的负极材料和应用，包括以下步骤：步骤1，干燥，淀粉干燥去除水分；步骤2，预氧化，将步骤1完成后得到的淀粉在马弗炉中加热预氧化；步骤3，有机酸处理，将步骤2完成后得到的淀粉置于有机酸溶液中，搅拌加热后抽滤洗涤，并将样品置于鼓风烘箱中干燥；步骤4，碳化，将步骤3完成后得到的淀粉样品在惰性气体保护下进行高温碳化，冷却至室温后得到用于钠离子电池负极的淀粉基硬碳材料。本发明所用原材料来源广泛、价格便宜，且制备过程简单环保。最终得到的产品为比表面积较小的球体，所制备的电池可逆容量为325mAh/g，首圈库伦效率为90.77％。CN115939378ACN115939378A权利要求书1/1页1.一种提升电池淀粉基硬碳负极性能的方法，其特征在于，预氧化后的淀粉进行有机酸处理，然后进行碳化，得到有机酸处理后的淀粉基硬碳负极材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机酸为C1～C10的羧酸化合物，优选为乙酸、丙酸、柠檬酸、草酸中至少一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将预氧化后的淀粉按料液比1:5～1:20置于浓度为5％～20％(w/v)的有机酸溶液中，搅拌加热反应。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，加入有机酸溶液后加热至30～50℃处理0.5～2.0h，然后固液分离、洗涤，干燥。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，有机酸处理后将样品置于鼓风烘箱中干燥，干燥温度70～80℃。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，淀粉预氧化前干燥去除水分，优选干燥温度70～80℃，干燥时间2～3h。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将干燥后的淀粉加热至100～300℃预氧化10～35h，完成后降温至室温得到预氧化材料。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，有机酸处理后的淀粉在惰性气体保护下进行碳化，依次在100～200℃、300～600℃、1000～1700℃处理3～9h、1～4h、2～5h，冷却至室温得到有机酸处理后的淀粉基硬碳负极材料。9.权利要求1‑8任一项所述的方法制备得到的淀粉基硬碳负极材料。10.权利要求9所述的淀粉基硬碳负极材料在制备电池负极中的应用，尤其是钠离子电池负极中的应用。2CN115939378A说明书1/9页一种提升电池淀粉基硬碳负极性能的方法及制备的负极材料和应用技术领域[0001]本发明属于电极材料技术领域，具体涉及一种提升电池淀粉基硬碳负极性能的方法及制备的负极材料和应用。背景技术[0002]近些年，社会经济发展迅速，对传统能源消耗很大，导致出现严峻的生态环境的恶化以及能源枯竭等难题，潮汐能、太阳能灯各种绿色清洁能源引起人们的重视，但是由于无法连续工作和产能不稳定等特性，必须配置大规模的储能设备，因此开发有效地廉价的储能系统就显得很重要。锂离子电池、钠离子电池等电化学储能设备受到了极大的重视，并具有着极大的商业使用潜力。然而，由于锂资源的有限和大规模储能设备的迫切需要，未来对于能源发展的需求仅靠锂离子电池显然是无法满足的，新型储能系统的发展迫在眉睫。钠是自然界中普遍存在的元素之一，在地球地壳中含量较锂更为丰富，且更加容易得到，而且钠和锂有着较为相似的物理化学特性，在大规模能源储能体系中，钠离子电池可成为一种很理想的替代品，并且有着很好的应用前景。[0003]在众多用作钠离子电池负极的材料中，硬碳因储量丰富、成本低、导电性良好、储钠容量高、环境友好和氧化还原电位低等优点，被认为是最可能率先实现工业化的钠离子电池负极材料。生物质作为一种低成本，环保和可持续的资源，近年来引起了广泛的关注，大量的生物质前驱体因其形态和结构的多样性而被用于制备碳材料，并在钠离子电池领域得到了广泛的应用。淀粉作为来源最为广泛的生物质之一，其产量丰富，价格适宜，且淀粉本身具有的球形结构，在后期制备成硬碳时得以保留，这种球状结构为钠离子的嵌入和脱出创造了大量活性位点，有利于提高电池的可逆容量以及首圈库伦效率。[0004]淀粉在经过预氧化处理后，仍有部分灰分残余，这类灰分物质