冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法技术

冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法，包括：首先取的冬青加入到溶剂中，将混合物放入超声波清洗仪中进行超声处理，获得淀粉分散液；然后将上述淀粉分散液转移到水热反应釜中进行反应，反应结束待自然降至室温，然后用水和乙醇各洗3次，然后进行真空干燥处理，获得水热预处理碳材料；最后将水热预处理碳材料在惰性气氛下进行煅烧处理，煅烧结束后冷却至室温，即获得冬青衍生碳材料，本发明专利技术的目的在于提供冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法，采用水热反应预处理，随后高温退火碳化的方式得到作为钠离子电池负极材料冬青衍生碳材料，本方法具有工艺操作简单、重复性高、成本低廉的特点。

【技术实现步骤摘要】
冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法
本专利技术涉及室温钠离子电池负极材料
，特别涉及冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法。
技术介绍
锂离子电池因具有高能量密度，已成功应用于小型移动电子产品领域。然而锂矿在地球上储量有限，并且分布不均匀，主要集中在美洲，我国锂矿较少，若把锂电技术广泛应用于清洁能源储能器件及电动车行业，势必会提高锂矿价格，不利于长久可持续发展。而世界范围内钠矿储量丰富，成本低廉，我国也有大量的钠矿，因此发展室温钠离子电池来代替锂离子电池是未来二次储能电池的趋势。碳材料具有良好的导电性能和结构稳定性，并且已经在锂电负极材料上展现出杰出的优点，如：石墨已经是商业化的锂电负极材料，其中石墨成本低廉、电池比容量较高并且循环稳定性好；石墨烯因具有很大的比表面积，作为锂电负极材料比容量能达到1100mAh/g。然而它们却不能当作钠电负极材料，因为钠离子的半径比锂离子大1.4倍，而石墨和石墨烯的层间距不足以容纳钠离子插入，因此，必须探索制备其它新型钠离子负极碳材料。冬青隶属于木兰纲植物，在我国分布均匀，成活容易并且产量很高。本专利技术以价格低廉的冬青为前驱体，通过简单的水热碳化及高温碳化工艺，制得钠离子电池负极碳材料，并于世界范围内首次证实冬青衍生碳材料具有很高的钠电比容量(284mAh/g)，可以当作钠电负极材料使用。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法，采用水热反应预处理，随后高温退火碳化的方式得到作为钠离子电池负极材料冬青衍生碳材料，本方法具有工艺操作简单、重复性高、成本低廉的特点。为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法，包括：步骤一：取0.1-5.0g的冬青加入到35-150ml溶剂中，将混合物放入超声频率为40kHz的超声波清洗仪中进行超声处理0.5-3.0h，获得淀粉分散液；步骤二：将上述淀粉分散液转移到50-200ml水热反应釜中，在温度为120-200℃的环境下反应2-12h，反应结束待自然降至室温，然后用水和乙醇各洗3次，然后进行真空干燥处理，获得水热预处理碳材料；步骤三：将水热预处理碳材料在惰性气氛下进行煅烧处理，煅烧结束后冷却至室温，即获得冬青衍生碳材料。所述溶剂包括去离子水和无水乙醇中任意一种。所述冬青采用大叶冬青、梅叶冬青、榕叶冬青、四川冬青、广东冬青和矮冬青、铁冬青中任意一种。所述真空干燥处理为在温度为60-100℃条件下，真空干燥8-16h。所述惰性气氛为Ar或N2气氛。所述煅烧处理为以2-10℃/min的升温速率进行升温，升温至700-1200℃，煅烧2-12h。本专利技术的工作原理为：本专利技术采用水热反应预处理，随后高温退火碳化的方式得到冬青衍生碳材料。在水热预处理阶段，冬青中多种成份等会进行碳键的耦合交联，进行脱氢等轻程度的碳化交联。从而避免了直接碳化煅烧的急剧交联过程。经水热处理后的碳球，经过随后的高温煅烧后形成约100nm的碳颗粒。颗粒尺寸变小，能够增大比表面积，从而增大和电解液的接触，进一步提高电池容量和循环稳定性。本专利技术的有益效果为：本专利技术的制备方法具有操作简便易行，可重复性强，成本低，对环境无污染的特点。利用本方法制备的冬青衍生碳材料作为室温钠离子电池的负极材料，能够克服块体碳材料电池容量低、体积膨胀效应严重的问题，具有循环稳定性强、电池容量高的特点。本方法具有操作简单、可重复性高、成本低廉的特点。附图说明图1是本专利技术实施例1至实施例4中制备的碳材料的XRD图。图2是本专利技术实施例1至实施例4中制备的纳米碳和块体碳材料的SEM图。图3是本专利技术实施例1至实施例4中制备的纳米碳和块体碳材料作为锂离子电池负极材料的充电比容量图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细说明。参见附图，本专利技术为冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法，包括：步骤一：取0.1-5.0g的冬青加入到35-150ml溶剂中，将混合物放入超声频率为40kHz的超声波清洗仪中进行超声处理0.5-3.0h，获得淀粉分散液；步骤二：将上述淀粉分散液转移到50-200ml水热反应釜中，在温度为120-200℃的环境下反应2-12h，反应结束待自然降至室温，然后用水和乙醇各洗3次，然后进行真空干燥处理，获得水热预处理碳材料；步骤三：将水热预处理碳材料在惰性气氛下进行煅烧处理，煅烧结束后冷却至室温，即获得冬青衍生碳材料。所述溶剂包括：去离子水和无水乙醇中任意一种。所述冬青采用大叶冬青、梅叶冬青、榕叶冬青、四川冬青、广东冬青和矮冬青、铁冬青中任意一种。所述真空干燥处理为在温度为60-100℃条件下，真空干燥8-16h。所述惰性气氛为Ar或N2气氛。所述煅烧处理为以2-10℃/min的升温速率进行升温，升温至700-1200℃，煅烧2-12h。实施例1采用本方法制备冬青衍生碳材料称取3.0g大叶冬青加入到35ml去离子水中，将混合物放入超声频率为40kHz的超声波清洗仪中进行超声处理2.0h，获得淀粉分散液。将上述淀粉分散液转移至50ml水热反应釜中，在温度为160℃的环境下反应10h，反应结束待自然降至室温，然后用水和乙醇各洗3次，然后在温度为60℃条件下，真空干燥15h，获得水热预处理碳材料。将上述水热预处理碳材料在Ar气氛下，以2℃/min的升温速率升至800℃，煅烧10h，煅烧结束自然冷却至室温后，获得冬青衍生碳材料。实施例2采用本方法制备冬青衍生碳材料称取1.0g梅叶冬青加入到35ml无水乙醇中，将混合物放入超声频率为40kHz的超声波清洗仪中进行超声处理3.0h，获得淀粉分散液。将上述淀粉分散液转移至50ml水热反应釜中，在温度为180℃的环境下反应8h，反应结束待自然降至室温，然后用水和乙醇各洗3次，然后在温度为100℃条件下，真空干燥12h，获得水热预处理碳材料。将上述水热预处理碳材料在N2气氛下，以5℃/min的升温速率升至1200℃，煅烧6h，煅烧结束自然冷却至室温后，获得冬青衍生碳材料。实施例3采用本方法制备冬青衍生碳材料称取1.0g榕叶冬青加入到20ml去离子水中，将混合物放入超声频率为40kHz的超声波清洗仪中进行超声处理2.0h，获得淀粉分散液。将上述淀粉分散液转移至50ml水热反应釜中，在温度为160℃的环境下反应10h，反应结束待自然降至室温，然后用水和乙醇各洗3次，然后在温度为60℃条件下，真空干燥10h，获得水热预处理碳材料。将上述水热预处理碳材料在Ar气氛下，以2℃/min的升温速率升至800℃，煅烧10h，煅烧结束自然冷却至室温后，获得冬青衍生碳材料。实施例4采用本方法制备冬青衍生碳材料称取1.0g铁冬青加入到40ml去离子水中，将混合物放入超声频率为40kHz的超声波清洗仪中进行超声处理2.0h，获得淀粉分散液。将上述淀粉分散液转移至50ml水热反应釜中，在温度为160℃的环境下反应10h，反应结束待自然降至室温，然后用水和乙醇各洗3次，然后在温度为80℃条件下，真空干燥15h，获得水热预处理碳材料。将上述水热预处理碳材料在Ar气氛下，以2℃/min的升温速率升至800℃，煅烧8h，煅烧结束自然冷却至室温后，获得冬青衍生本文档来自技高网...

【技术保护点】
冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括：步骤一：取0.1‑5.0g的冬青加入到20‑150ml溶剂中，将混合物放入超声频率为40kHz的超声波清洗仪中进行超声处理0.5‑3.0h，获得淀粉分散液；步骤二：将上述淀粉分散液转移到50‑200ml水热反应釜中，在温度为120‑200℃的环境下反应2‑12h，反应结束待自然降至室温，然后用水和乙醇各洗3次，然后进行真空干燥处理，获得水热预处理碳材料；步骤三：将水热预处理碳材料在惰性气氛下进行煅烧处理，煅烧结束后冷却至室温，即获得冬青衍生碳材料。

【技术特征摘要】
1.冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括：步骤一：取0.1-5.0g的冬青加入到20-150ml溶剂中，将混合物放入超声频率为40kHz的超声波清洗仪中进行超声处理0.5-3.0h，获得淀粉分散液；步骤二：将上述淀粉分散液转移到50-200ml水热反应釜中，在温度为120-200℃的环境下反应2-12h，反应结束待自然降至室温，然后用水和乙醇各洗3次，然后进行真空干燥处理，获得水热预处理碳材料；步骤三：将水热预处理碳材料在惰性气氛下进行煅烧处理，煅烧结束后冷却至室温，即获得冬青衍生碳材料。2.根据权利要求1所述的冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述溶剂包括：去离子水和...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑鹏，郭守武，刘婷，刘毅，张利峰，原晓艳，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61