[發(fā)明專利]一種瀝青基碳納米片的制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711299432.7
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN108163832B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邱介山;肖南;王玉偉;郝明遠
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: C01B32/15
• 分類號: C01B32/15;B82Y40/00;H01M4/587;H01M10/054
• 代理公司: 大連星海專利事務(wù)所有限公司 21208
• 代理人: 王樹本;徐雪蓮

本發(fā)明涉及碳材料制備技術(shù)領(lǐng)域，一種瀝青基碳納米片的制備方法及其應(yīng)用，其中制備方法包括以下步驟：(1)將中溫煤瀝青、四氫呋喃溶劑、碘單質(zhì)依次加入到燒瓶中，攪拌得到完全溶解的混合溶液，(2)將飽和氯化鈉水溶液逐滴加入無水乙醇中，過濾白色沉淀，置于烘箱中干燥，得到氯化鈉模板劑，(3)將氯化鈉模板劑加入到步驟1的混合溶液中，在油浴中蒸干四氫呋喃并置于管式爐中，惰性氣體保護下碳化處理，冷卻后取出，用去離子水溶解氯化鈉模板劑，過濾后在烘箱中干燥制得瀝青基碳納米片。本發(fā)明所使用的氯化鈉模板劑和四氫呋喃溶劑可以循環(huán)使用，降低生產(chǎn)成本，制備的瀝青基碳納米片作為鉀離子電池負極材料具有比容量高、倍率性能好等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種瀝青基碳納米片的制備方法及其應(yīng)用，屬于碳材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著傳統(tǒng)能源的消耗，新型清潔能源如風(fēng)能、太陽能、核能等在能源體系中占有越來越重要的地位。清潔能源的有效利用需要配套的儲能體系將其轉(zhuǎn)化為電能并持續(xù)、穩(wěn)定的輸出，新型儲能技術(shù)關(guān)系到人類社會的可持續(xù)發(fā)展。在目前使用的眾多儲能技術(shù)中，鋰離子電池由于具有能量密度高、循環(huán)壽命長、安全性能好等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于電動汽車、筆記本電腦、手機等用電設(shè)備。但是，鋰資源短缺問題嚴(yán)重制約了鋰離子電池更大規(guī)模的應(yīng)用，開發(fā)鋰離子電池替代品成為儲能技術(shù)發(fā)展的重要方向。

與鋰位于同一主族的鈉、鉀元素，具有與鋰相近的物理化學(xué)特性，可用于制備“搖椅式”二次電池。與鈉相比，鉀在地殼中元素豐度相近，但是更接近鋰離子電池的標(biāo)準(zhǔn)還原電位，鉀離子電池有望獲得接近鋰離子電池的能量密度。同時，鉀離子與傳統(tǒng)鋰離子電池使用的碳材料等負極具有良好的親和性，方便基于現(xiàn)有鋰離子電池技術(shù)開發(fā)鉀離子電池。由于鉀離子半徑大于鋰離子，鋰離子電池中常用的石墨等負極材料直接應(yīng)用于鉀離子電池具有容量低、倍率性能差等缺點，研發(fā)高性能鉀離子電池負極是鉀離子電池實用化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。具有較大碳層間距的碳材料具有較高的可逆儲鉀容量，二維納米片等納米結(jié)構(gòu)可以有效縮短鉀離子傳輸路徑，進一步提升電化學(xué)性能，目前制備同時具有上述兩種特征碳材料的方法仍有待開發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種瀝青基碳納米片的制備方法及其應(yīng)用。該方法制備過程簡單，原料來源豐富，所制備的碳納米片用作鉀離子電池負極具有比容量高，倍率性能好和循環(huán)性能優(yōu)異等優(yōu)點。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，解決已有技術(shù)中所存在的問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：一種瀝青基碳納米片的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、將中溫煤瀝青、四氫呋喃溶劑依次加入到燒瓶中，混合均勻后加入碘單質(zhì)，攪拌得到完全溶解的混合溶液，所述中溫煤瀝青與四氫呋喃溶劑的質(zhì)量比為1:5-50，所述中溫煤瀝青與碘單質(zhì)的質(zhì)量比為1:0.1-0.5；

步驟2、將飽和氯化鈉水溶液逐滴加入無水乙醇中，過濾白色沉淀，并置于50-150℃烘箱中，干燥2-24h得到氯化鈉模板劑，所述飽和氯化鈉水溶液與無水乙醇的質(zhì)量比為1:2-8；

步驟3、將步驟2制得的氯化鈉模板劑加入到步驟1制備的混合溶液中，并置于50-150℃油浴中蒸干四氫呋喃后，再將上述混合物置于管式爐中，在惰性氣體保護下，以5-10℃/min升溫速率升至600-1000℃進行碳化處理1-3h，所述中溫煤瀝青與氯化鈉模板劑的質(zhì)量比為1:6-25，所述惰性氣體選自氮氣或氬氣中的一種；

步驟4、將步驟3碳化后的樣品冷卻至室溫，放入去離子水中，溶解氯化鈉模板劑，過濾并置于80-160℃烘箱中，干燥2-24h制得目標(biāo)材料瀝青基碳納米片。

所述方法，制備的瀝青基碳納米片在鉀離子電池中的應(yīng)用。