[發明專利]一種長循環性能的氮摻雜的多孔碳負極儲能材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810865212.4
• 申請日: 2018-08-01
• 公開（公告）號: CN109037680A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 閔宇霖;衛歡歡;范金辰;徐群杰;時鵬輝;杜金成
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M4/36;H01M10/0525;H01M10/054
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

本發明公開一種廢棄物衍生氮摻雜的多孔碳負極儲能材料及制備方法，即首先將嬰兒使用后的尿不濕集中回收，取出里面的黃棕色的超吸水顆粒并控溫?50℃進行冷凍干燥，得到黃棕色干燥的前驅體在氮氣、氦氣或氬氣保護的條件下，控制升溫速率為1?10℃/min升溫至400?1000℃進行煅燒15?300min，然后自然冷卻至室溫，得到煅燒粗產物在環境濕度為40%以內的條件下用瑪瑙研缽進行研磨、酸洗，然后再用60℃的二次蒸餾水離心洗滌3次，最后控溫80℃進行真空干燥，即得長循環性能的氮摻雜的多孔碳負極儲能材料。其具有極高的起始容量，以及優異的循環穩定性和良好的倍率性能。制備方法簡單，成本低廉，適用于大規模生產。

技術領域

本發明涉及一種電池電極材料，具體涉及一種長循環性能的氮摻雜的多孔碳負極儲能材料及制備方法，屬于材料學領域。

背景技術

由于石墨作為電池負極材料，在儲鋰條件下，只有有限的容量，因此基于硬碳機制的多孔碳儲存更多的容量。而在鈉電負極的時候，紙牌屋模型的雜亂結構更加有利于存儲鈉離子，因此對于多孔的硬碳基質的復合材料是十分有利于鋰離子和鈉離子的存儲。但是這些來源于熱解碳缺乏異質原子的摻雜改性，因為異質原子的改性能夠提高本身不高的電子電導率，同時異質原子的摻雜能夠有效提高電極材料本身的活性位點。綜上所述，目前電池負極材料存在容量受限、循環不穩定等技術問題。

目前嬰兒尿不濕應用后的并未受到重視，同時沒有統一的處理，綜上所述，經過我們的回收利用將其應用在儲能電池電極上具有很好的前景，既能夠完全對于其廢物回收利用，利于環境保護；同時在儲能負極材料展現出較好的循環特性，并且相比于石墨電極(372mAh/g)展現出具有較高的比容量。作為鋰電循環300圈數容量約為515mAh/g。另外，在作為鈉離子電池負極材料時，循環 1000圈容量約為199mAh/g。所制備的電極材料很明顯具有良好的比容量以及可觀的循環圈數。

而超吸水顆粒(Super Absorbent Particle，SAP)是一種新型功能高分子吸水性材料。它具有吸收比自身重幾百到幾千倍水的高吸水功能，并且保水性能優良，一旦吸水膨脹成為水凝膠時，即使加壓也很難把水分離出來。因此，它在個人衛生用品、工農業生產、土木建筑等各個領域都有廣泛用途。超吸水顆粒是一類含有親水基團和交聯結構的大分子，最早由Fanta等采用淀粉接枝聚丙烯腈再經皂化制得。按原料劃分，有淀粉系(接枝物、羧甲基化等)、纖維素系(羧甲基化、接枝物等)、合成聚合物系(聚丙烯酸系、聚乙烯醇系等)幾大類。其中聚丙烯酸系高吸水樹脂較淀粉系及纖維素系相比，具有生產成本低、工藝簡單、生產效率高、吸水能力強、產品保質期長等一系列優點，成為當前該領域的研究熱點。在一系列的技術制備后可以形成多層的碳結構。這種經過一系列修飾的目標材料可以成為一種優質的電池負極材料。

高能的吸水性樹脂也有它自己的特點：①高吸水性樹脂是一種具有高分子固態網束結構的功能高分子；②親水基團(羥基和羧基等)含量較多，親水性強、保水性好；③形成網狀結構；④水分子通過氫鍵與樹脂分子鏈上的大量親水基團發生水合作用，親水基團離解；⑤電離產生的陰離子固定在高分子鏈上，陰離子之間的排斥作用使高分子網束展開，形成空穴；⑥游離的陽離子在樹脂網絡內濃度增大網絡內外產生滲透壓，三維交聯結構擴張產生的相應的彈性收縮，最終達到吸水平衡。同時，其煅燒產物(類石墨烯衍生碳材料)作為二次電池的負極材料，擁有更高的比容量，更好的循環性能。同時在材料本身引進雜元素將會更加有助于比容量的穩定提升，將會增大材料本身的應用前景。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述的電池負極材料在充放電循環下容量衰減較快以及比容量較低等技術問題而提供了一種長循環性能的氮摻雜的多孔碳負極儲能材料，該長循環性能的氮摻雜的多孔碳負極儲能材料，由于極高的氮摻雜含量且有較多的活性位點等，因此具有充放電循環下，容量衰減比較慢的優點。