[發(fā)明專利]一種多孔材料的制備方法及其在鈉離子電池中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611152747.4
• 申請(qǐng)日: 2016-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN106784832B
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈彩;高國梁;王德宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號(hào): H01M4/587
• 分類號(hào): H01M4/587;H01M10/054;C01B32/00
• 代理公司: 北京元周律知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11540
• 代理人: 張瑩

本申請(qǐng)公開了一種多孔碳材料的制備方法，其特征在于，以咖啡渣為原料制備得到。該方法原料原材料來自廢物利用，來源充足，制作工藝簡(jiǎn)單，為資源的二次利用提供了新思路；所制備的多孔碳材料顯示出良好的儲(chǔ)鈉性能，用作鈉離子電池負(fù)極，具有較高循環(huán)穩(wěn)定性，是一種價(jià)格低廉，對(duì)環(huán)境無污染的新型鈉離子電池負(fù)極材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及一種多孔材料的制備方法及其在鈉離子電池中的應(yīng)用，屬于無機(jī)材料及鈉離子電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，化石能源資源日趨枯竭，改變現(xiàn)有不合理的能源結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展可再生清潔能源，已成為人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展面臨的首要問題。鋰離子電池具有能量密度大，循環(huán)壽命長、工作電壓高、無記憶效應(yīng)、自放電小、工作溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有前途的綠色電源，目前已被廣泛用作各種電子產(chǎn)品的工作電源和移動(dòng)式裝備的動(dòng)力電池。但是，鋰離子電池尚存在幾個(gè)缺點(diǎn)：(1)全球鋰資源貧乏，隨著需求量的增加及鋰資源的消耗，因此必然會(huì)對(duì)原材料產(chǎn)生非常大的壓力；(2)鋰離子電池的安全性問題尚未解決；(3)鋰離子電池的低溫性能仍不能滿足實(shí)際使用的要求。因此，尋找可代替鋰電池的新型儲(chǔ)能電池顯得尤為重要。同鋰資源相比，鈉儲(chǔ)量十分豐富，地殼豐度約為2.74％，分布廣泛，從海水中提取鈉元素的技術(shù)已經(jīng)成熟，且二者為同一主族元素，化學(xué)性質(zhì)相近。鈉離子電池的諸多優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)致其成為目前綠色能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

鈉離子電池存在一個(gè)明顯的缺陷：鈉離子半徑比鋰離子大30％，因此鈉離子的遷移需要更寬的擴(kuò)散通道，傳統(tǒng)的石墨負(fù)極材料并不能滿足這一點(diǎn)。目前，鈉離子電池負(fù)極材料主要為硬碳。但其一旦發(fā)生內(nèi)短會(huì)引起嚴(yán)重放熱反應(yīng)，引起爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。此外，硬碳還存在放電電壓隨容量變化大等問題。因此，開發(fā)安全經(jīng)濟(jì)，儲(chǔ)鈉性能良好的材料成為研究熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，提供一種多孔碳材料的制備方法。該方法原料原材料來自廢物利用，來源充足，制作工藝簡(jiǎn)單，為資源的二次利用提供了新思路；所制備的多孔碳材料顯示出良好的儲(chǔ)鈉性能，用作鈉離子電池負(fù)極，具有較高循環(huán)穩(wěn)定性，是一種價(jià)格低廉，對(duì)環(huán)境無污染的新型鈉離子電池負(fù)極材料。

所述多孔碳材料的制備方法，其特征在于，以咖啡渣為原料制備得到。所述多孔碳材料，含有平均孔徑為10nm～30nm的介孔。

作為一種實(shí)施方式，所述多孔碳材料的制備方法，其特征在于，至少包括以下步驟：

a)將咖啡渣置于密閉容器中，在預(yù)碳化溫度120℃～200℃下保持不少于0.5小時(shí)的預(yù)碳化時(shí)間，得到預(yù)碳化樣品；

b)將步驟a)所得預(yù)碳化樣品置于堿性溶液中處理后，洗滌至中性，得到去油脂樣品；

c)將步驟b)所得去油脂樣品置于600℃～900℃溫度下非活性氣體氣氛中碳化后，即得到所述多孔碳材料。

優(yōu)選地，步驟a)中咖啡渣在置于密閉容器前，先經(jīng)過去離子水洗滌和干燥。

優(yōu)選地，步驟a)中所述預(yù)碳化溫度為120℃～180℃。進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟a)中所述預(yù)碳化溫度為140℃～160℃。

優(yōu)選地，步驟a)中所述預(yù)碳化時(shí)間為0.5～5小時(shí)。進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟a)中所述預(yù)碳化時(shí)間為1～3小時(shí)。

優(yōu)選地，步驟b)中所述堿性溶液中含有鈉離子。進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟b)中所述堿性溶液中含有Na₂CO₃和/或NaHCO₃。更進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟b)中所述堿性溶液中的Na₂CO₃和/或NaHCO₃的濃度為0.5～5g/L。

優(yōu)選地，步驟b)預(yù)碳化樣品置于堿性溶液中處理為攪拌不少于6小時(shí)。進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟b)預(yù)碳化樣品置于堿性溶液中處理為攪拌6小時(shí)～10小時(shí)。