【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池材料，涉及一种用于制备电池负极材料的稻壳的筛选方法、电池负极材料及制备方法。
技术介绍
1、随着科学技术的快速发展，各种电子设备和电动汽车都有了广泛的应用，对化学电源的要求也越来越高。锂离子电池作为化学电源的一种，具有电池电压高、比容量大、能量密度高，开发潜力大、自放电率低、无记忆效应等优势，已经被广泛应用于电子设备中。目前商业化的锂离子电池的负极材料绝大多数为石墨负极。石墨负极又分为人造石墨和天然石墨，它们作为负极材料各有优点和缺点，人造石墨具有循环稳定的优点，但在容量上一般要低于天然石墨。天然石墨虽然具有容量高的优点，但在循环过程中容量衰减快是其致命弱点。
2、中国是农业大国，大米产量位居世界第一，而稻壳是稻米加工过程中数量最大的副产品，按重量计算占稻谷的百分之二十，在中国大多数稻壳被直接燃烧，严重污染了环境。稻壳由有机物和无机物组成，其中有机物主要为纤维素、木质素、半纤维素，可作为锂离子电池负极材料碳源，以稻壳为原料制备碳材料，不仅避免了由于稻壳焚烧和填埋对环境造成的负面影响，而且通过改性及煅烧等处理可以得到廉价的碳材料，将这种高性能的廉价碳材料作为负极材料，应用于锂离子电池，可以有效地缓解能源短缺问题。
3、如中国专利文献cn103647043a公开了一种锂离子二次电池负极材料的制备方法，以稻壳为原料，经200-700℃炭化，在氢气或氢气和氩气的气氛下700-1000℃高温处理制备电极材料。中国专利文献cn106848249a公开了sio2@c核壳复合物锂离子电池负极材料的制备方
4、文献“稻壳制备锂离子电池负极材料的研究”分别探讨了升温速率、不同浓度naoh溶液对稻壳炭材料性能的影响，并筛选出最佳实验条件：升温速率为5℃/min，热解温度为700℃，碱浓度为2.0mol/l。在最佳实验条件下，得到的炭材料经10次充、放电循环可逆容量为206.1ma·h/g左右。
5、文献“稻壳制备锂离子电池炭负极材料”分别探讨了炭化温度、升温速率、naoh溶液浓度对稻壳炭材料性能的影响，并筛选出最佳实验条件：热解温度低于250℃和高于530℃时，升温速率为10℃/min，在250～530℃区间升温速率为5℃/min；用3mol/l hcl与稻壳煮沸1h，2mol/lnaoh溶液煮沸2h。在此条件下，所得稻壳炭材料的首次充电容量为678ma·h/g，首次放电次放电容量为239ma·h/g，循环10次充、放电循环可逆容量为206ma·h/g左右。
6、虽然采用稻壳制备碳材料已经取得一定的成绩，但是，现有采用稻壳制备的碳材料，在用作锂电池负极材料时，存在制得的锂离子电池的循环稳定性、首效库伦和倍率性能等综合性能较差，且批次稳定性差等问题，这直接影响了锂电池的经济性、安全性和循环寿命等。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种用于制备电池负极材料的稻壳的筛选方法，通过采用该方法筛选出的稻壳制备的负极材料，制得的锂电池具有首效库伦高、倍率性能和容量较高等优势，且批次间稳定性好，可显著提高锂电池的稳定性和循环寿命。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种用于制备电池负极材料的稻壳的筛选方法，在空气或氧气氛围中，将稻壳以0.5-20℃/min的升温速率从室温加热至600-1000℃，同时记录不同温度下稻壳的失重率，并绘制热重曲线；
4、根据所述热重曲线计算所述稻壳中纤维素和半纤维素的炭化损失的重量与木质素的炭化损失的重量的比值，筛选用于制备电池负极材料的稻壳。
5、其中，失重率＝(焙烧前的稻壳质量—焙烧过程中某一温度下稻壳的质量)/(焙烧前的稻壳质量)×100％。
6、可选的，本专利技术提供的用于制备电池负极材料的稻壳的筛选方法中，将稻壳从室温加热至50℃时，保持一定的时间，比如20-40min，目的是除去稻壳中的水分。此步骤也可以省略，直接从室温加热至600-1000℃，不影响稻壳的筛选。
7、可选的，本专利技术提供的用于制备电池负极材料的稻壳的筛选方法中，所述升温速率为0.5-10℃/min。
8、可选的，本专利技术提供的用于制备电池负极材料的稻壳的筛选方法中，所述纤维素和半纤维素的炭化温度为250-350℃，所述木质素的炭化温度为350-500℃。具体地，热重曲线中250-350℃的范围内失重率的差值与350-500℃的范围内失重率的差值的比值即为稻壳中纤维素和半纤维素的炭化损失的重量与木质素的炭化损失的重量的比值。
9、可选的，本专利技术提供的用于制备电池负极材料的稻壳的筛选方法中，将所述纤维素和半纤维素的炭化损失的重量与木质素的炭化损失的重量的比值记为n，选取n＞1.14的稻壳制备电池负极材料。选取n＞1.14的稻壳制备的电池负极材料制作的锂电池，具有较高的首次库伦效率、较高的容量，循环性能稳定且寿命长，而且各批次制得的电池负极材料制作的锂电池综合性能稳定，为稻壳制备负极材料的商业化应用提供了保障。
10、本专利技术提供的用于制备电池负极材料的稻壳的筛选方法中，对稻壳的产地不做限定，任何产地的稻壳都适用于本专利技术提供的筛选方法。如产地为黑龙江、湖南、湖北、四川、辽宁等地的稻壳均适用。
11、本专利技术还提供了一种电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：
12、筛选：按照上述的用于制备电池负极材料的稻壳的筛选方法筛选稻壳；
13、预处理：将筛选的稻壳依次用碱性溶液或酸性溶液、去离子水洗涤，得预处理后的稻壳；
14、煅烧：将所述预处理后的稻壳在惰性氛围中煅烧，粉碎，即得电池负极材料。
15、可选的，本专利技术提供的电池负极材料的制备方法中，所述碱性溶液为氢氧化钠溶液；优选的，所述氢氧化钠溶液的浓度为1-5m，更优选为2.5-5m。碱性溶液洗涤可将稻壳中的二氧化硅和杂质(比如磷、钾、镁、钙、钠、铁、)一起除去。采用碱性溶液洗涤不会引入新的碳源，且除去稻壳中的二氧化硅，最终制得的电池负极材料为纯碳材料，可单独考查稻壳制得的纯碳材料作为电池负极材料的性能，为稻壳的进一步应用提供指导。
16、可选的，本专利技术提供的电池负极材料的制备方法中，所述碱性溶液的洗涤方式为浸泡，所述浸泡的时间为20-120min，优选60-120min；所述浸泡的温度为80℃-120℃，优选95-120℃。
17、可选的，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于制备电池负极材料的稻壳的筛选方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的筛选方法，其特征在于，所述升温速率为0.5-10℃/min。
3.如权利要求1所述的筛选方法，其特征在于，所述纤维素和半纤维素的炭化温度为250-350℃，所述木质素的炭化温度为350-500℃。
4.如权利要求1所述的筛选方法，其特征在于，将所述纤维素和半纤维素的炭化损失的重量与木质素的炭化损失的重量的比值记为N，选取N＞1.14的稻壳制备电池负极材料。
5.一种电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液为氢氧化钠溶液；优选的，所述氢氧化钠溶液的浓度为1-5M，更优选为2.5-5M；和/或
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液的洗涤方式为浸泡，所述浸泡的时间为20-120min，优选60-120min；所述浸泡的温度为80℃-120℃，优选95-120℃；和/或
8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的
9.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述粉碎的方式选自研钵、球磨、气流粉碎和机械冲击磨中的任一种，优选球磨。
10.一种电池负极材料，其特征在于，通过权利要求5-9任一项所述的电池负极材料的制备方法制得。
...【技术特征摘要】
1.一种用于制备电池负极材料的稻壳的筛选方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的筛选方法，其特征在于，所述升温速率为0.5-10℃/min。
3.如权利要求1所述的筛选方法，其特征在于，所述纤维素和半纤维素的炭化温度为250-350℃，所述木质素的炭化温度为350-500℃。
4.如权利要求1所述的筛选方法，其特征在于，将所述纤维素和半纤维素的炭化损失的重量与木质素的炭化损失的重量的比值记为n，选取n＞1.14的稻壳制备电池负极材料。
5.一种电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液为氢氧化钠溶液；优选的，所述氢氧化钠溶液的浓度为1-...
【专利技术属性】
技术研发人员：殷松鹤，庞伟伟，许倩，于志敏，王路海，刘银东，曹玉亭，祁传磊，李圣平，黄崇植，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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