[發明專利]氮氧共摻雜的雙連續的納米多孔碳材料及制備方法與應用

有效

• 申請號: 202011584300.0
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112537771B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 趙國群;龔潔
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C01B32/318
• 分類號: C01B32/318;H01M4/133;H01M4/587;H01M10/054
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王磊

1.一種氮氧共摻雜的雙連續的納米多孔碳材料，其特征是，所述納米多孔碳材料具有大比表面積的連續的納米介孔和大孔支架結構，且支架結構上具有大量微孔；所述碳材料的BET比表面積為200~400 m² g^-1；所述碳材料含有碳元素70~90 at%、氮元素5~20 at%和氧元素5~10 at%；

其中，所述氮氧共摻雜的雙連續的納米多孔碳材料的制備方法包括：通過超臨界二氧化碳發泡使聚丙烯腈膜內的二氧化碳飽和，將內含飽和二氧化碳的聚丙烯腈膜進行水浴熱處理獲得聚丙烯腈納米孔泡沫，將聚丙烯腈納米孔泡沫依次進行預氧化處理和碳化處理，獲得氮氧共摻雜的雙連續的納米多孔碳材料；

其中，聚丙烯腈膜的制備方法為：將聚丙烯腈溶解于溶劑中，形成聚丙烯腈溶液，將聚丙烯腈溶液干燥獲得聚丙烯腈膜；

其中，所述干燥條件為：50~70 ℃下烘干22~26 h；

所述超臨界二氧化碳發泡的條件為：溫度為30~50℃，壓力為10~30 MPa，時間為2~6 h；

所述預氧化處理為：在空氣條件下，加熱至260~280℃進行處理，處理時間為6~10 h，預氧化處理的加熱速率為1~3℃ min^-1；

所述碳化處理的溫度為500~1000℃，碳化處理的升溫速率為8~12℃/min，碳化處理的保溫時間為0.5~1.5 h。

2.如權利要求1所述的氮氧共摻雜的雙連續的納米多孔碳材料的制備方法，其特征是，溶解聚丙烯腈的溶劑為二甲基亞砜。

3.如權利要求2所述的氮氧共摻雜的雙連續的納米多孔碳材料的制備方法，其特征是，聚丙烯腈與溶劑的質量比為1:8~12。

4.如權利要求1所述的氮氧共摻雜的雙連續的納米多孔碳材料的制備方法，其特征是，超臨界二氧化碳發泡后的泄壓速率為40~200 MPa s^-1。

5.如權利要求4所述的氮氧共摻雜的雙連續的納米多孔碳材料的制備方法，其特征是，該泄壓速率為80~100 MPa s^-1。

6.如權利要求1所述的氮氧共摻雜的雙連續的納米多孔碳材料的制備方法，其特征是，水浴溫度為60~100 ℃。

7.如權利要求6所述的氮氧共摻雜的雙連續的納米多孔碳材料的制備方法，其特征是，水浴溫度為70~90 ℃。

8.一種權利要求1所述的氮氧共摻雜的雙連續的納米多孔碳材料在制備鉀離子電池負極中的應用。

9.一種鉀離子電池負極，包括活性材料、導電劑、粘合劑和集流體，粘合劑將活性材料和導電劑粘結在集流體上，其特征是，所述活性材料為權利要求1所述的氮氧共摻雜的雙連續的納米多孔碳材料。

10.一種鉀離子電池，其特征是，由正極、電解液、隔膜及上述鉀離子電池負極組裝形成。