[發(fā)明專利]一種瀝青基碳納米片的制備方法及其應(yīng)用在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010154701.6 | 申請日: | 2020-03-08 |
| 公開(公告)號(hào): | CN111320161A | 公開(公告)日: | 2020-06-23 |
| 發(fā)明(設(shè)計(jì))人: | 肖南;毛京欽;邱介山 | 申請(專利權(quán))人: | 大連理工大學(xué) |
| 主分類號(hào): | C01B32/15 | 分類號(hào): | C01B32/15;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/054 |
| 代理公司: | 大連星海專利事務(wù)所有限公司 21208 | 代理人: | 王樹本;徐雪蓮 |
| 地址: | 116024 遼*** | 國省代碼: | 遼寧;21 |
| 權(quán)利要求書: | 查看更多 | 說明書: | 查看更多 |
| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 一種 瀝青 納米 制備 方法 及其 應(yīng)用 | ||
本發(fā)明屬于碳材料制備技術(shù)領(lǐng)域,一種瀝青基碳納米片的制備方法及其應(yīng)用,其中制備方法包括以下步驟:(1)將氯化鈉與氯化鉀置于球磨罐中球磨,(2)將瀝青置于球磨罐中與步驟1制得的氯化鈉及氯化鉀混合鹽球磨,(3)對(duì)步驟2所得混合物加熱處理,(4)對(duì)步驟3所得混合物炭化處理,(5)將步驟4炭化后所得混合物,冷卻后取出,采用去離子水洗滌,干燥后得到瀝青基碳納米片。本發(fā)明制備方法簡單易行且綠色環(huán)保,氯化鈉氯化鉀用去離子水洗去后還可回收利用;生產(chǎn)成本低,原料采用來源豐富的煤瀝青,易于獲得且價(jià)格低廉;使用碳納米片作為鉀離子電池負(fù)極材料具有較高的可逆儲(chǔ)鉀容量和優(yōu)異的循環(huán)性能。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種瀝青基碳納米片的制備方法及其應(yīng)用,屬于碳材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
電能是保證當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵能源,人們獲取電能的方式多種多樣,同時(shí)也需要多樣的電能儲(chǔ)存方式。電化學(xué)儲(chǔ)能具有高效和方便等優(yōu)點(diǎn),在各種儲(chǔ)能方式中被認(rèn)為是一種更為合適的方式。傳統(tǒng)的的鋰離子電池具有能量效率高,壽命長等優(yōu)點(diǎn)因而獲得了大范圍應(yīng)用。但隨著鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的擴(kuò)大,金屬鋰有限的儲(chǔ)量逐漸無法滿足社會(huì)發(fā)展的需求,在應(yīng)對(duì)大規(guī)模儲(chǔ)能的需求時(shí)尤其如此,因而找到一種廉價(jià)且有效的儲(chǔ)能方式便十分迫切。考慮到鉀元素與鋰元素屬于同一主族,化學(xué)性質(zhì)相近,鉀離子與鋰離子的標(biāo)準(zhǔn)還原電勢也很接近,且在地殼中儲(chǔ)量豐富易開采,原料成本低,因而鉀離子電池在大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用上具有很大潛力,適合作為鋰離子電池的替代品應(yīng)用于大規(guī)模儲(chǔ)能體系。
鉀離子電池的工作原理與鋰離子電池相同,均屬于“搖椅式”電池。由于鉀離子的離子半徑較大,鉀離子電池在充放電過程中會(huì)導(dǎo)致活性材料的體積發(fā)生膨脹,縮短電池壽命。因此推動(dòng)鉀離子電池發(fā)展的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)出性能優(yōu)異的電極材料,使其能夠適應(yīng)鉀離子的不斷插入和脫出。碳材料作為負(fù)極材料在鋰離子和鈉離子電池體系中取得了巨大成功,可作鉀離子電池的負(fù)極材料。近年來,硬碳,軟碳,多孔碳和納米碳材料作為鉀離子電池的負(fù)極材料得到了廣泛的研究。縮短鉀離子在電極中的擴(kuò)散路徑并提高碳負(fù)極的電導(dǎo)率可以有效的提高鉀離子電池的倍率和循環(huán)性能。軟碳材材料具有較高的電導(dǎo)率,但其無序排布的碳層會(huì)增加鉀離子在負(fù)極中的擴(kuò)散路徑,硬碳材料的碳層排列較為有序,但面臨電導(dǎo)率低的問題。目前制備同時(shí)具有以上兩種特點(diǎn)的碳材料的方法仍有待進(jìn)一步開發(fā)。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足,本發(fā)明目的是提供一種瀝青基碳納米片的制備方法及其應(yīng)用。該方法制備過程簡單,選用來源豐富的煤瀝青作為原料,所制備的疊磚狀碳納米片用作鉀離子電池負(fù)極具有比容量高,倍率性能好和循環(huán)性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的,解決己有技術(shù)中存在的問題,本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種瀝青基碳納米片的制備方法,包括以下步驟:
步驟1、將氯化鈉與氯化鉀置于球磨罐中混合均勻后,球磨粉碎0.1-8h,球磨機(jī)轉(zhuǎn)速控制在500-4000轉(zhuǎn)/分,得到粒徑為0.1-15μm的氯化鈉與氯化鉀混合鹽,所述氯化鈉與氯化鉀的質(zhì)量比為1:0.1-8;
步驟2、將軟化點(diǎn)為120-320℃的瀝青置于球磨罐中與步驟1制得的氯化鈉及氯化鉀混合鹽均勻混合后,球磨粉碎0.1-8h,球磨機(jī)轉(zhuǎn)速控制在500-4000轉(zhuǎn)/分,所述瀝青與氯化鈉及氯化鉀混合鹽的質(zhì)量比為1:10-500;
步驟3、將步驟2制得的混合物轉(zhuǎn)入到石英舟,管式爐中在氮?dú)饣驓鍤獗Wo(hù)下以2-5℃/min升溫速率升溫至220-320℃進(jìn)行加熱處理,加熱時(shí)間控制在0.1-8h;
步驟4、將步驟3加熱后所得到的混合物,管式爐中在氮?dú)饣驓鍤獗Wo(hù)下以2-5℃/min升溫速率升溫至600-1600℃進(jìn)行炭化處理,炭化時(shí)間控制在0.2-6h;
步驟5、將步驟4炭化后所得到的混合物,冷卻降至室溫后后取出,采用去離子水洗滌3-5次,然后轉(zhuǎn)移至真空干燥箱,在70-90℃下干燥10-15h,得到目標(biāo)材料瀝青基碳納米片。
所述方法制備的瀝青基碳納米片在鉀離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用。
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