[發(fā)明專利]一種碳燒SBA-15介孔分子篩及其制備方法與其在水系電池中的應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910436494.0
• 申請(qǐng)日: 2019-05-23
• 公開（公告）號(hào): CN110155982A
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張宏宇;白雪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福建工程學(xué)院
• 主分類號(hào): C01B32/05
• 分類號(hào): C01B32/05;H01M4/583;H01M4/587;H01M10/36
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 修斯文;蔡學(xué)俊

本發(fā)明公開了一種碳燒SBA?15介孔分子篩及其制備方法與其在水系電池中的應(yīng)用，其是將濃硫酸和蔗糖溶于水中，并加入SBA?15混合均勻，經(jīng)反復(fù)抽濾后進(jìn)行干燥，再經(jīng)數(shù)次碳化處理及煅燒、氫氟酸浸泡而最終得到所述碳燒SBA?15介孔分子篩。所得碳燒SBA?15介孔分子篩結(jié)合了碳材料的穩(wěn)定性和SBA?15孔道結(jié)構(gòu)的框架，使得水系可脫嵌、吸附離子穩(wěn)定傳輸，有效改善體積效應(yīng)，提高循環(huán)性能，適用于作為水系鋰、鈉、鎂離子電池的負(fù)極材料，且其原材料豐富，成本低廉，是理想的水系電池負(fù)極材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電極材料制備領(lǐng)域，其涉及一種水系電池負(fù)極材料的合成方法，具體地說(shuō)是一種可實(shí)現(xiàn)水系鋰、鈉、鎂離子脫嵌或吸脫附的水系電池負(fù)極材料碳燒SBA-15介孔分子篩的制備方法。

背景技術(shù)

隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的不斷惡化，加快可再生能源的利用和智能電網(wǎng)的建設(shè)是人類可持續(xù)發(fā)展的重要方向。能量存儲(chǔ)一直受到人們的廣泛關(guān)注，其中，電池作為電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)之一，與我們的生活息息相關(guān)且密不可分，例如：手機(jī)電池、筆記本電腦電池、電動(dòng)車特斯拉電池等等。根據(jù)電池的發(fā)展歷程，鉛酸電池是最早商業(yè)化的電池，其能量密度低、循環(huán)壽命短；鋰離子電池以其高能量密度被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)之中，但其有機(jī)電解液易燃易爆，污染環(huán)境，且鋰資源價(jià)格昂貴，資源有限，并不是人類可持續(xù)發(fā)展的首選。水系電池就是以無(wú)機(jī)鹽水溶液為電解液，配合可脫嵌的正負(fù)極材料實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能。目前，可適用的水系電池正極材料有尖晶石型LiMn₂O₄、層狀的LiCoO₂、橄欖石型LiFePO₄和LiMnPO₄、普魯士藍(lán)FeHCF、CuHCF等等；然而對(duì)水系電池可適用的負(fù)極材料的研究卻十分有限，這是由于電壓較低時(shí)電極材料在水系電解液中極易分解且常伴有副反應(yīng)的發(fā)生，僅有的幾種負(fù)極材料受制于循環(huán)壽命短的缺點(diǎn)，很難實(shí)現(xiàn)全電池的應(yīng)用。

本發(fā)明研制出的碳燒SBA-15介孔分子篩作為水系電池負(fù)極材料可實(shí)現(xiàn)鋰離子的脫嵌、鈉離子和鎂離子的吸附-脫附，且組裝成水系全電池或水系電容電池可表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能，是理想的水系電池負(fù)極材料。與此同時(shí)，本發(fā)明選擇成本低廉的原材料，綠色環(huán)保的水系電池體系為研究對(duì)象，符合當(dāng)代對(duì)“第二代儲(chǔ)能電池”的發(fā)展需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種原材料豐富，成本低廉，能夠廣泛用作水系電池負(fù)極材料的碳燒SBA-15介孔分子篩及其合成方法，其是以SBA-15為前驅(qū)體進(jìn)行填碳煅燒，得到的一種具有SBA-15骨架介孔尺寸、孔道結(jié)構(gòu)的碳材料。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種碳燒SBA-15介孔分子篩，其制備方法包括以下步驟：

1）將濃硫酸、蔗糖溶于水中，加入SBA-15介孔分子篩充分混合，室溫?cái)嚢?0min，得混合液；

2）將所得混合液進(jìn)行抽濾，并用濾液洗滌，反復(fù)抽濾5~10次，所得濾餅于70℃恒溫干燥箱中干燥10h；

3）將干燥后所得固體粉末放入恒溫干燥箱中進(jìn)行初步碳化，然后進(jìn)行研磨；

4）用初步碳化并經(jīng)研磨后的黑色粉末替代步驟1）中的SBA-15介孔分子篩，重復(fù)步驟1）~3）2次；

5）將最終所得黑色粉末于氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行煅燒；

6）將煅燒后的黑色粉末于氫氟酸溶液中浸泡，以除去模板，再用水洗滌至中性，即得所述碳燒SBA-15介孔分子篩。

步驟1）所得混合液中濃硫酸含量為0.06~0.11 g/L，蔗糖含量為80g/L，SBA-15介孔分子篩含量為53~100 g/L。優(yōu)選地，濃硫酸、蔗糖和SBA-15介孔分子篩的含量分別為0.0615g/L、80g/L、53.3g/L，或0.082g/L、80g/L、66.7g/L，或0.1025g/L、80g/L、100g/L。