[發明專利]一種自組裝三維生物炭鈉離子電池負極碳材料的制備方法

有效

• 申請號: 201611229824.1
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106602065B
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 曹麗云;胡海玲;黃劍鋒;許占位;李嘉胤
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M10/054;C01B32/15;B82Y30/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 齊書田

本發明公開了一種自組裝三維生物炭鈉離子電池負極碳材料的制備方法，首先野外摘取小薊取其葉并用蒸餾水洗滌干凈，經過冷凍干燥后獲得小薊干葉；其次將獲得的小薊干葉與多糖混合后放入稀酸中，然后再加入H₂O₂溶液，攪拌后進行水熱反應，反應結束待自然降至室溫，然后用水和乙醇分別洗滌，然后真空干燥處理，獲得水熱預處理碳材料；最后將水熱預處理碳材料在惰性氣氛下進行煅燒處理，煅燒結束后冷卻至室溫即可。本發明以價格低廉的小薊草、多糖為原料，通過簡單的水熱碳化及高溫碳化工藝，制得具有優異的電化學性能，可以當作鈉電負極材料使用的碳材料。

技術領域

本發明涉及鈉離子電池負極材料技術領域，具體涉及一種三維螺旋狀鈉離子電池碳電極材料的制備方法。

背景技術

在眾多二次電池中，因其具備能量密度高、功率密度大、倍率性能好和便攜性等優點，鋰離子電池發展迅速，在很多領域被廣泛應用。與此同時，鋰礦在地球上儲量有限，并且分布不均勻，導致其應用受限。研究開發新的二次電池體系勢在必行，與鋰元素同主族的鈉元素的儲量豐富，成本低廉，因此發展室溫鈉離子電池來代替鋰離子電池是未來二次儲能電池的趨勢。

然而，鈉離子比鋰離子要大55％左右，鈉離子在相同結構材料中的嵌入和擴散往往都相對困難，同時嵌入后材料的結構變化會更大，因而電極材料的比容量、動力學性能和循環性能等都相應地變差。如，石墨在鋰離子電池中是優良的負極材料，而鈉離子卻難以嵌入到石墨層中，有研究表明，只有當其層間距增大到0.37nm以上時，鈉離子才能有效地實現可逆的嵌入鈉離子。而硬碳是一種無序的、石墨化程度較低、層間距較大性能較佳的碳基材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種自組裝三維生物炭鈉離子電池負極碳材料的制備方法，以克服上述現有技術存在的缺陷，本發明以價格低廉的小薊草、多糖、高分子為原料，通過簡單的水熱碳化及高溫碳化工藝，制得自組裝三維生物炭鈉離子電池負極碳材料，且具有優異的電化學性能，可以當作鈉電負極材料使用。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種自組裝三維生物炭鈉離子電池負極碳材料的制備方法，包括以下步驟：

1)野外摘取小薊取其葉并用蒸餾水洗滌干凈，經過冷凍干燥后獲得小薊干葉；

2)將獲得的小薊干葉與多糖混合后放入濃度為1-3mol/L的稀酸中，其中小薊干葉與多糖的質量比為1：(0.1-1)，且每40mL稀酸中加入2-3g小薊干葉，然后再加入質量分數為10％-30％的H₂O₂溶液，其中每40mL稀酸中加入8-10mLH₂O₂溶液，攪拌后進行水熱反應，反應結束待自然降至室溫，然后用水和乙醇分別洗滌，然后真空干燥處理，獲得水熱預處理碳材料；

3)將水熱預處理碳材料在惰性氣氛下進行煅燒處理，煅燒結束后冷卻至室溫，即獲得自組裝三維生物炭鈉離子電池負極碳材料。

進一步地，步驟2)中多糖是葡萄糖、殼聚糖、果糖、麥芽糖、蔗糖或淀粉中的任意一種。

進一步地，步驟2)的稀酸是鹽酸、磷酸、硝酸、硫酸中的任意一種。

進一步地，步驟2)中水熱反應溫度為120-220℃，反應時間6-48h。

進一步地，步驟2)中采用水和乙醇分別洗滌3次。

進一步地，步驟2)中真空干燥處理為在80℃溫度下，真空干燥6h。

進一步地，步驟3)中惰性氣氛為Ar或N₂氣氛。

進一步地，步驟3)中煅燒處理是以2-10℃/min的升溫速率進行升溫，升溫至500-800℃后煅燒2-12h。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：