一种锂离子电池三维多孔碳负极材料制造技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池三维多孔碳负极材料的制备方法，包含以下操作步骤：(1)将聚合物依次进行预处理、洗涤、干燥；(2)加入到0.1～2.0mol/L的催化剂金属盐溶液中，混合搅拌0.1～12h后过滤；(3)按质量比1:1～1:5加入造孔剂，搅拌，烘干；(4)在保护气体下，加热，并保持温度为400～700℃反应1～5h；(5)加入酸性溶液中酸洗1～12h，抽滤、烘干，即得到锂离子电池三维多孔碳负极材料。本发明专利技术整个过程方法简单、能耗低、产率高，易于实现工业大规模生产；本发明专利技术制备的多孔碳材料，比表面大，导电性好，适用于作高性能的锂离子电池负极材料，且有利于工业化生产与应用。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池三维多孔碳负极材料
本专利技术涉及一种多孔碳材料的制备方法，特别涉及一种锂离子电池三维多孔碳负极材料。
技术介绍
近年来，随着人们对化石能源大量的开发使用，不但使得煤、石油、天然气的储量大大减少，而且直接燃烧化石燃料造成的环境污染问题以及温室效应，也是人类面临的重大挑战，因此发展新能源和有效的储能装置技术迫在眉睫。锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长，转化效率高等优点而被广泛应用于家用电器及便携式电子设备。随着新能源汽车等行业的迅速发展，对电池的容量及倍率性能要求越来越高，商业石墨负极理论容量仅有372mAh/g，且倍率性能差，极大的限制了其在大规模储能中的应用，因此，开发新型高性能负极材料迫在眉睫。多孔碳负极材料近年来是研究的热点，由于其具有高比表面，多孔的结构，因此具有较大的储锂容量，是有希望替代石墨负极的材料之一，但是由于多孔碳结构无序，从而导致材料导电性和电化学稳定性较差。因此，如何改善多孔碳材料导电性，提高电化学稳定性是本领域迫切需要解决的问题。综上所述，本领域尚缺乏一种具有高比容量，高倍率性能，长循环稳定性的三维多孔碳锂离子电池负极材料。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，专利技术一种具有高比容量、高倍率性能、长循环稳定性的三维多孔碳锂离子电池负极材料的制备方法。本专利技术中采用聚合物为碳源，金属离子盐为催化剂，通过与造孔剂充分混合后在管式炉中进行煅烧，产物通过酸洗除去杂质后，抽滤干燥，得到三维多孔网络结构碳材料。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：一种锂离子电池三维多孔碳负极材料的制备方法，包含以下操作步骤：(1)将聚合物依次进行预处理、洗涤、干燥；(2)将步骤(1)中干燥后所得聚合物加入到0.1～2.0mol/L的催化剂金属盐溶液中，混合搅拌0.1～12h后过滤；(3)向步骤(2)中过滤后所得滤渣，即交换有催化剂金属的聚合物中，按质量比1:1～1:5加入造孔剂，搅拌混合均匀，烘干；(4)步骤(3)中烘干后所得物质在保护气体下，加热，并保持温度为400～700℃恒温反应1～5h；(5)将步骤(4)中反应后所得物质加入酸性溶液中酸洗1～12h，抽滤、烘干，即得到锂离子电池三维多孔碳负极材料。优选的是，步骤(1)中所述的预处理依次为碱处理和酸处理。优选的是，步骤(1)中所述的聚合物为PKS聚合物、酚醛树脂、环氧树脂、聚氯乙烯树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂中的一种或两种以上的混合物。优选的是，步骤(2)中所述的催化剂金属盐为铁盐、钴盐或镍盐中的一种或两种以上混合物；其中，所述的铁盐为氯化铁、氯化亚铁、硫酸铁、硫酸亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁、醋酸铁、醋酸亚铁、亚铁氰化钾、铁氰化钾、亚铁氰化钠或铁氰化钠；所述的钴盐为氯化钴、氯化亚钴、硫酸钴、硫酸亚钴、硝酸钴、硝酸亚钴、乙酸钴、乙酸亚钴、六硝基合钴酸钠或六硝基合钴酸钾；所述的镍盐为氯化镍、硫酸镍、硝酸镍或乙酸镍。优选的是，步骤(3)中所述的造孔剂为氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸氢钠和氢氧化钠中的一种或两种以上的混合物。优选的是，步骤(4)中加热升温速率为1～10℃/min，保护气体流速为0.1～1sccm/min。优选的是，步骤(4)中所述的保护气氛为氮气、氦气、氩气中的一种或两种以上的混合物。优选的是，步骤(5)中所述的酸性溶液为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、醋酸、草酸中的一种或两种以上的混合物。优选的是，步骤(5)中所述的酸性溶液浓度为1～5mol/L。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术通过利用聚合物交换具有催化石墨化的金属离子，促使碳源在低温下炭化并石墨化，大大减少能耗，增加材料导电性；2、通过添加造孔剂，对碳材料进行造孔，通过改变造孔剂的用量，从而调控最终产物的形貌，得到不同比表面积，不同孔径分布的多孔碳三维框架；3、通过提高碳材料的导电性，有利于电子的传输，通过对碳材料进行造孔，制备互相连通、多级孔分布的三维网络结构碳材料，有利于缩短离子的扩散途径，提高材料的倍率性能，高比表面能够提供更多的活性位点，进一步提高材料的储锂容量；4、本专利技术所得产品通过结合石墨材料和多孔碳材料的优点，提高材料的倍率性能和储锂容量；本专利技术整个过程方法简单、能耗低、产率高，易于实现工业大规模生产；本专利技术制备的多孔碳材料，比表面大，导电性好，适用于作高性能的锂离子电池负极材料，且有利于工业化生产与应用。附图说明图1是根据本专利技术实施例1制备所得图例为20μm的锂离子电池三维多孔碳负极材料的扫描电镜图。图2是根据本专利技术实施例1制备所得锂离子电池三维多孔碳负极材料在锂离子电池测试中得到的倍率性能图。图3是根据本专利技术实施例1制备所得锂离子电池三维多孔碳负极材料在锂离子电池测试中得到的循环次数图。具体实施方式下面结合附图具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。实施例1(1)将PKS聚合物依次进行预处理、洗涤、干燥；其中，预处理依次为碱处理和酸处理；(2)将步骤(1)中干燥后的PKS聚合物加入到2.0mol/L的六水合氯化镍溶液中，混合搅拌12h后抽滤，除去滤液，取滤渣；(3)向步骤(2)中所得滤渣，即交换有催化剂金属离子的PKS聚合物中，按交换有催化剂金属离子的PKS聚合物：造孔剂氢氧化钾质量比1:1加入氢氧化钾，搅拌混合均匀，烘干；(4)步骤(3)中烘干后所得物质放入管式炉中，通入氮气，加热，设置加热温度为700℃，恒温反应2h，控制升温速率为1℃/min，氮气流速为1sccm/min；(5)将步骤(4)中反应后所得物质加入到2mol/L的盐酸溶液中，酸洗8h、抽滤、烘干，即得到锂离子电池三维多孔碳负极材料。图1为本实施例1制备所得三维多孔材料的扫描电镜图，可以看到明显的三维蜂窝状多孔碳框架结构；图2为该材料在不同电流密度下的倍率性能曲线，在电流密度高达100A/g时，容量仍然有219mAhg-1；图2为该材料在10A/g电流密度下的充放电循环性能曲线，循环1400圈后，容量达到了576mAhg-1。实施例2(1)将酚醛树脂依次进行预处理、洗涤、干燥；其中，预处理依次为碱处理和酸处理；(2)将步骤(1)中干燥后的酚醛树脂加入到0.1mol/L的六水合氯化镍溶液中，混合搅拌0.1h后抽滤，除去滤液，取滤渣；(3)向步骤(2)中所得滤渣，即交换有催化剂金属离子的酚醛树脂中，按交换有催化剂金属离子的酚醛树脂：造孔剂氢氧化钠质量比1:1加入氢氧化钠，搅拌混合均匀，烘干；(4)步骤(3)中烘干后所得物质放入管式炉中，通入氩气，加热，设置加热温度为400℃，恒温反应5h，控制升温速率为5℃/min，氩气流速为0.1sccm/min；(5)将步骤(4)中反应后所得物质加入到1mol/L的硫酸溶液中，酸洗1h、抽滤、烘干，即得到锂离子电池三维多孔碳负极材料。实施例3(1)将环氧树脂依次进行预处理、洗涤、干燥；其中，预处理依次为碱处理和酸处理；(2)将步骤(1)中干燥后的环氧树脂加入到0.1～2.0mol/L的硫酸钴溶液中，混合搅拌0.1～12h后抽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池三维多孔碳负极材料的制备方法，其特征在于，包含以下操作步骤：(1)将聚合物依次进行预处理、洗涤、干燥；(2)将步骤(1)中干燥后所得聚合物加入到0.1～2.0mol/L的催化剂金属盐溶液中，混合搅拌0.1～12h后过滤；(3)向步骤(2)中过滤后所得滤渣中，按质量比1:1～1:5加入造孔剂，搅拌，烘干；(4)步骤(3)中烘干后所得物质在保护气体下，加热，并保持温度为400～700℃反应1～5h；(5)将步骤(4)中反应后所得物质加入酸性溶液中酸洗1～12h，抽滤、烘干，即得到锂离子电池三维多孔碳负极材料。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池三维多孔碳负极材料的制备方法，其特征在于，包含以下操作步骤：(1)将聚合物依次进行预处理、洗涤、干燥；(2)将步骤(1)中干燥后所得聚合物加入到0.1～2.0mol/L的催化剂金属盐溶液中，混合搅拌0.1～12h后过滤；(3)向步骤(2)中过滤后所得滤渣中，按质量比1:1～1:5加入造孔剂，搅拌，烘干；(4)步骤(3)中烘干后所得物质在保护气体下，加热，并保持温度为400～700℃反应1～5h；(5)将步骤(4)中反应后所得物质加入酸性溶液中酸洗1～12h，抽滤、烘干，即得到锂离子电池三维多孔碳负极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的预处理依次为碱处理和酸处理。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的聚合物为PKS聚合物、酚醛树脂、环氧树脂、聚氯乙烯树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂中的一种或两种以上的混合物。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的催化剂金属盐为铁盐、钴盐或镍盐中的一种或两种以上混合物；其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈培康，史外鹏，张颖朦，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西,45