[發(fā)明專利]一種高容量鈉離子電池用氟摻雜生物質(zhì)多孔碳納米電極材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910559469.1
• 申請日: 2019-06-26
• 公開（公告）號: CN110299522B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃劍鋒;李瑞梓;鐘辛子;李曉藝;曹麗云;李文斌;羅藝佳
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/587;H01M10/054;B82Y40/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發(fā)明公開了一種高容量鈉離子電池用氟摻雜生物質(zhì)多孔碳納米電極材料的制備方法，首先將水藻類廢棄物清洗干凈，冷凍干燥，再研磨得到粉狀A(yù)；向粉狀A(yù)中加入氫氟酸溶液，并采用超聲處理得混合物B；向混合物B轉(zhuǎn)移至水熱感應(yīng)釜內(nèi)，并加入碳布作為感應(yīng)源，將水熱感應(yīng)釜移入水熱感應(yīng)加熱設(shè)備中反應(yīng)，結(jié)束后冷卻到室溫，取出碳布，將所得產(chǎn)物刮下經(jīng)清洗抽濾后，烘干得粉狀C；將粉狀C與造孔劑混合后升溫反應(yīng)，然后冷卻至室溫，將所得產(chǎn)物清洗抽濾后，烘干得粉狀D；將粉狀D與氟源混合后升溫反應(yīng)，結(jié)束后冷卻至室溫，將所得產(chǎn)物經(jīng)清洗抽濾后烘干，得到氟摻雜生物質(zhì)多孔碳納米材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈉離子電池負(fù)極材料的制備領(lǐng)域，具體涉及一種高容量鈉離子電池用氟摻雜生物質(zhì)多孔碳納米電極材料的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池已經(jīng)廣泛進(jìn)入人們的日常生活當(dāng)中。面對日益增長的鋰離子電池需求，地球上可開采的鋰礦面臨著資源枯竭的情況,從可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā),尋求新型電池是發(fā)展的必然。鈉元素與鋰元素處于同一主族，性質(zhì)相似,鈉元素的地球豐度是鋰元素的400多倍，因此開發(fā)新型鈉離子電池是一種大勢所趨。其中鈉離子電池負(fù)極材料的研究已經(jīng)成為熱點(diǎn)。

由生物質(zhì)材料制備成的生物質(zhì)碳具有質(zhì)量輕、孔隙結(jié)構(gòu)豐富、比表面積大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好和導(dǎo)電性優(yōu)異等性能，可將其應(yīng)用于鈉離子電池負(fù)極材料。現(xiàn)有的研究表明生物質(zhì)碳作為鈉離子電池負(fù)極材料其電容量和倍率性能有待提升。向生物質(zhì)碳材料中引入雜質(zhì)原子已成為一種提升電化學(xué)性能的有效方法。

在多孔生物質(zhì)碳材料中引入雜原子，如氮、硫、磷或氟等可以顯著地改善其電化學(xué)、機(jī)械或?qū)щ娦阅堋Ｌ貏e是氟元素可部分取代碳元素，改變生物質(zhì)碳的形貌結(jié)構(gòu)，為鈉離子的插層過程提供更大的空間，并能減少體積膨脹并降低鈉離子的吸附能，提高鈉離子電池容量。摻氟后可提高鈉離子擴(kuò)散速率，電子傳輸性能，有利于提升導(dǎo)電性，從而提升鈉離子電池的倍率性能。例如，Wang等人([J].The Journal of Physical Chemistry C,2015,119(37):21336-21344.)采用蓮花棒(含有微量氟)為原材料，將1.25g干燥的蓮花棒，放入充滿氬氣氣氛的管式爐，中以5℃/min的升溫速率升至加熱至1100℃，并保溫5h，冷卻至室溫后，5M的KOH和2M的HCl中在60℃下攪拌清洗，清洗后樣品在120℃的真空箱中保溫12h；最后將清洗后的碳在300℃，空氣氣氛的管式爐中活化5小時，將所得樣品用2M的HCl洗滌三次得到產(chǎn)物。將產(chǎn)物應(yīng)用于鈉離子電池負(fù)極，在50mA g^-1的電流密度下，容量為230mA h g-¹。該工藝過程復(fù)雜，能耗大，原材料不是生物質(zhì)廢棄物成本高，含氟量不可控，且容量低。故開發(fā)一種原材料來源廣泛，成本低廉，電化學(xué)性能優(yōu)異且簡單可控、重復(fù)性好的工藝來制備氟摻雜多孔碳納米材料具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高容量鈉離子電池用氟摻雜生物質(zhì)多孔碳納米電極材料的制備方法，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明制備的電極材料應(yīng)用于鈉離子電池中，不僅具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，而且具有變廢為寶，綠色環(huán)保的經(jīng)濟(jì)效益。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種高容量鈉離子電池用氟摻雜生物質(zhì)多孔碳納米電極材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將水藻類廢棄物用氫氟酸溶液和酒精依次清洗干凈，冷凍干燥，再研磨得到粉狀A(yù)；

2)向粉狀A(yù)中加入氫氟酸溶液，并采用超聲處理得混合物B；

3)向混合物B轉(zhuǎn)移至水熱感應(yīng)釜內(nèi)，并加入碳布作為感應(yīng)源，將水熱感應(yīng)釜移入水熱感應(yīng)加熱設(shè)備中，以300～600KHz的感應(yīng)頻率由室溫升溫到120～150℃，并保溫20～50min，然后冷卻到室溫，取出碳布，將所得產(chǎn)物刮下經(jīng)去離子水和乙醇清洗抽濾后，烘干得粉狀C；

4)將粉狀C與造孔劑混合后升至500℃，并保溫1～2h，冷卻至室溫，將所得產(chǎn)物依次經(jīng)氫氟酸溶液和乙醇清洗抽濾后，烘干得粉狀D；