[發明專利]一種棉花基多孔生物質碳的制備方法

有效

• 申請號: 201910481973.4
• 申請日: 2019-06-04
• 公開（公告）號: CN110155983B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 徐明航;楊宏訓;趙象晨;馬嬌嬌;張俊豪;袁愛華
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學;江蘇科技大學海洋裝備研究院
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;H01M10/054;H01M4/583
• 代理公司: 北京一格知識產權代理事務所(普通合伙) 11316
• 代理人: 滑春生

本發明涉及一種棉花基多孔生物質碳的制備方法，該制備方法包括如下步驟：（1）取一定重量份的棉花清洗干凈、烘干，得到產物A；（2）將產物A與金屬氯化物按一定質量比混合研磨，得到產物B；（3）將產物B平鋪于氧化鋁瓷舟中，置于惰性氣氛的管式爐內，以一定的升溫速率升溫至800～1300℃下進行高溫碳化，得到產物C；（4）將產物C浸泡于鹽酸溶液中，得到產物D；（5）將產物D用水反復洗滌至pH=7，烘干，得到棉花基多孔生物質碳材料。本發明的優點在于：本發明以棉花為原料采用與金屬氯化物研磨處理達到造孔目的，調控棉花與金屬氯化物不同的質量比并控制合適的煅燒溫度，制備出具有較大比表面積的多孔生物質碳。

技術領域

本發明涉及一種鈉離子電池負極材料的制備方法，特別涉及一種棉花基多孔生物質碳的制備方法。

背景技術

鈉離子電池（SIB）的概念是在1970-1980年代提出的，與鋰離子電池（LIB）并行。隨后，LIB于1991年由索尼成功商業化，然后進行了大量研究以發展LIB。然而，關于SIB的研究幾乎沒有進行過，甚至被擱置了三十年，以至于對能量儲存用鈉插入材料的研究幾乎消失。最近，涉及各種消費類電子產品，電動工具和電動汽車的眾多電氣設備的蓬勃發展導致了LIB的大量需求，這可能受到有限的鋰資源儲備（地球集群中20?ppm）的阻礙。鑒于此，研究人員再次關注SIB，因為富含鈉資源（23600?ppm）。此外，Na元素在堿性金屬組中與Li相鄰，這樣他們就有很多相似的理化性質。因此，當有效解決一些問題時，SIB可以復制LIB的成功。毫不奇怪，SIB的電化學原理類似于LIB的電化學原理，在充電過程中，Na⁺從正極中提取并遷移到負極以與負極材料反應。當放電時，發生相反的過程，從負極提取Na⁺并遷移到正極以返回到初始狀態，這伴隨著外部電路中的電子轉移以提供電能。

與LIB相比，SIB具有以下特點：(1)?鈉資源量豐富，價格便宜；(2)?SIB允許使用低濃度的電解液，從而降低了成本；(3)?Na⁺不與鋁形成合金，負極可以使用鋁箔作為集流體，進一步降低成本和重量；(4)?SIB無過放電特性，允許放電到零伏。負極材料是目前制約的關鍵因素。SIB負極材料目前存在首次充放電效率不高和長循環性能差等缺點，因此開發出具有高首效和循環穩定性好的新型SIB負極材料迫在眉睫。

由于鈉離子原子半徑大比鋰離子大，受石墨層間距較小?(0.34?nm)?限制，鈉離子很難嵌入到石墨層間距中。硬碳作為SIB負極材料，比傳統石墨電極材料具有很多優勢。硬碳層間距較大，疏松多孔和相互交錯的類石墨層狀結構，能夠儲存大量的鈉離子。選擇合適的前驅體來合成硬碳尤為重要。

生物質資源豐富，含有豐富的碳元素，大部分屬于可再生資源，用其制備的碳材料憑借其較好的導電性、高比表面積等優點引起世界各國科研工作者的普遍關注，同時其綠色、可持續、價格低廉、分布廣泛、收集容易等特點，給工業化大規模生產帶來便利。另外，生物質原材料制備的碳材料也反映了綠色化學的理念。棉花，作為最常見的農作物之一，在我國廣泛種植，廉價易得，含有90?%以上的纖維素，將其通過碳化轉化成多孔生物碳，用于SIB的負極材料，對于解決當前的能源危機和環境污染問題具有重要意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種制備工藝簡單，原料易得，環境友好，并使產物具有較高的BET表面積的棉花基多孔生物質碳的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：一種棉花基多孔生物質碳的制備方法，其創新點在于：所述制備方法包括如下步驟：

步驟1：取一定重量份的棉花清洗干凈、烘干，得到產物A；

步驟2：將產物A與金屬氯化物按一定質量比混合研磨，得到產物B；

步驟3：將產物B平鋪于氧化鋁瓷舟中，置于惰性氣氛的管式爐內，以一定的升溫速率升溫至800～1300?℃下進行高溫碳化，得到產物C；

步驟4：將產物C浸泡于鹽酸溶液中，得到產物D；