[發明專利]一種鳥巢狀氮摻雜負極多孔碳材料的制備方法

在審

• 申請號: 201910919694.1
• 申請日: 2019-09-26
• 公開（公告）號: CN110937600A
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 曹征領;尤正軍;岳靈平;宣少卿;季世超;宋慶彬;許大令;尹昊云;曹元成
• 申請（專利權）人: 國網浙江省電力有限公司湖州供電公司;華中科技大學
• 主分類號: C01B32/312
• 分類號: C01B32/312;C01B32/348;H01G11/24;H01G11/30;H01G11/34
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發明公開了一種鳥巢狀氮摻雜負極多孔碳材料的制備方法，涉及碳基超級電容器領域，包括以下制備步驟：1）取酚類化合物、甲醛溶液和無機酸溶液混合；2）將混合溶液加熱反應制備得到反應溶液；3）反應溶液離心得沉淀；4）將沉淀干燥得到前驅體；5）將前驅體與氮源和活化劑置于惰性氣體氛圍下碳化、洗滌和烘干后得到鳥巢狀氮摻雜負極多孔碳材料。本發明通過水熱聚合和碳化反應的結合，實現了鳥巢狀氮摻雜負極多孔碳材料的簡單制備，制備方法簡單無需使用不需要使用Al₂O₃或SiO₂等作為模板，適用于工業化規模生產，且制備得到材料比表面積高，具有分級多孔結構，且在氮摻雜條件下，具有高比容量和良好的倍率性能。

技術領域

本發明涉及碳基超級電容器領域，尤其涉及一種鳥巢狀氮摻雜負極多孔碳材料的制備方法。

背景技術

隨著人類生活節奏的加快，人們正在努力尋找新的綠色能源，以解決化石能源短缺和環境污染問題。同時，最先進的儲能裝置的發展也變得越來越重要。近幾十年來，碳基超級電容器，俗稱雙電層電容器（EDLC），因其充放電速度快、功率密度高、循環穩定性好而備受關注。然而，傳統的碳基電極材料表面疏水性高，比活性部位數量有限，比電容低，阻礙了其實際應用。近年來，氮摻雜碳材料（NCM）作為超級電容器的電極材料得到了廣泛的應用，因為氮摻雜不僅可以改善碳表面的潤濕性，而且，碳材料的孔結構對電極性能有很大影響。有趣的是，具有合理微孔、中孔和大孔的分級多孔碳材料已被廣泛證明是提高電極動力學性能的關鍵，因為層狀多孔結構有利于增加現有的活性位點，并提高離子傳導速率。然而，在現有技術中，N摻雜的分級多孔碳材料，特別是具有特殊結構的材料，通常通過納米壓鑄法合成。其中含氮聚合物通過浸漬作為碳源和氮源被引入到SiO₂、Al₂O₃和MgO的孔中（即硬模板），然后進行原位碳化和模板去除。這些合成方法通常耗時、成本高，因此不適合大規模生產。

例如，一種在中國專利文獻上公開的“硅基鋰離子電池的負極材料的制備方法”，其公告號CN107706398A，其公開了一種硅基鋰離子電池的負極材料的制備方法，該發明設計一種缺陷誘導應力重新分布的氮摻雜石墨烯包覆硅球三維網絡；利用熱等離子法制備球形的納米硅；利用采用機械法制備納米硅模板；利用納米硅模板采用化學氣相沉積法制備氮摻雜石墨烯包覆的硅基鋰離子電池的負極材料。公告號為CN107978750A的發明專利鈉離子電池負極材料的形成方法，該發明通過碳纖維-氮硫共摻雜介孔碳復合材料以碳納米纖維為載體，通過碳納米纖維表面組裝介孔二氧化硅模板，以及氮源和硫源的化學原位共摻雜，實現所述碳纖維-氮硫共摻雜介孔碳復合材料有效構筑，制備得到了碳纖維-氮硫共摻雜介孔碳復合材料。公告號為CN106099106B的發明專利超快充鋰離子電池負極材料、其制備方法及鋰離子電池，采用金屬氧化物MxNyOz納米棒為模板，與含氮有機物原位聚合，碳化后得前驅體，將前驅體加入脫模板試劑，處理后得到氮摻雜的介孔空心棒狀碳納米膠囊負極材料。上述發明在制備過程中均通過無機鹽作為硬模板，合成方法耗時、成本高，因此不適合大規模生產。

發明內容

本發明是為了克服目前N摻雜的分級多孔碳材料，特別是具有特殊結構的材料，通常通過納米壓鑄法合成。其中含氮聚合物通過浸漬作為碳源和氮源被引入到SiO₂、Al₂O₃和MgO的孔中（即硬模板），然后進行原位碳化和模板去除。這些合成方法通常耗時、成本高，因此不適合大規模生產等問題，提出了一種鳥巢狀氮摻雜負極多孔碳材料的制備方法。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種鳥巢狀氮摻雜負極多孔碳材料的制備方法，包括以下制備步驟：

1）取酚類化合物、甲醛溶液和無機酸溶液混合，充分攪拌后得到混合溶液；

2）將混合溶液轉移至密閉容器中，加熱反應制備得到反應溶液；