一种三维网状结构碳材料的制备方法技术

本发明专利技术提供一种三维网状结构碳材料的制备方法，具体包括以下步骤：S1.前驱体的合成，S2.前驱体的碳化。本发明专利技术提供一种三维网状结构碳材料的制备方法，该三维网状结构碳材料的制备方法利用有机胺小分子制备了一种三维网状结构碳材料，替代铅酸电池负极常用添加剂木质素磺酸盐和二维片状或颗粒状碳材料，以解决木质素磺酸盐不导电和二维片状或颗粒状碳材料不能改善负极孔隙率的问题，从而改善电池在高倍率部分荷电状态下工作的循环性能，同时本发明专利技术制备的碳材料还具有较高的比电容，可以提升铅酸电池的比容量。升铅酸电池的比容量。升铅酸电池的比容量。

【技术实现步骤摘要】
一种三维网状结构碳材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及铅酸电池
，具体为一种三维网状结构碳材料的制备方法。

技术介绍

[0002]腐殖酸、木质素磺酸盐是铅酸电池负极板制备过程中应用最广泛的添加剂，虽然它们能够降低硫酸铅的致密度，提高负极板的孔隙率，抑制硫酸铅的重结晶，但是由于它们的绝缘性会导致充电过程中电极极化增加，延缓充电过程中硫酸铅向铅的转化。这给硫酸铅重结晶提供更多机会，将加重硫酸铅的积累，缩短HRPSoC条件下铅酸电池的循环寿命。而碳材料具有良好的导电性，可以减弱充电过程的电极极化，促进硫酸铅转化为铅，但是在铅酸负极中用的碳材料主要是二维片状的石墨类或颗粒状的炭黑类，这种类型的碳材料虽然具有良好的导电性，但是不能有效提升负极板的孔隙率，提高负极活性物质的利用率。

技术实现思路

[0003](一)解决的技术问题
[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种三维网状结构碳材料的制备方法，解决了现有的材料不能有效提升负极板的孔隙率，提高负极活性物质利用率的问题。
[0005](二)技术方案
[0006]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种三维网状结构碳材料的制备方法，具体包括以下步骤：
[0007]S1.前驱体的合成
[0008]将有机胺中的一种或多种混合有机胺溶解在水、乙醇、乙二醇等一种或多种混合溶剂中，然后加入磷酸、硫酸、草酸、植酸等酸中的一种或多种，在0℃～100℃的温度下，常压搅拌反应1h～48h，过滤得到前驱体；
[0009]或在100℃～200℃的温度下，水热反应1～48h，过滤得到前驱体；
[0010]S2.前驱体的碳化
[0011]将步骤一得到的前驱体，在500～1000℃非氧化气氛下进行碳化，碳化时间：0.5～24h，碳化升温速率：0.5～10℃/min；
[0012]优选碳化条件：氮气气氛，5℃/min，800℃，碳化2h。
[0013]优选的，所述步骤S1中有机胺选自辛胺、正丁胺、乙二胺、苄胺、甲基二乙醇胺、间苯二胺、对苯二胺，邻苯二胺、联苯胺及其衍生物，3,3
‑
二氨基联苯胺，3,3',5,5'
‑
四甲基联苯胺，2
‑
萘胺,3,3
′‑
二甲基联苯胺,3.3'
‑
二甲基
‑
4.4'二氨基二苯甲烷、己内酰胺、甲基环己二胺芳香胺类、脂肪类、醇胺类、酰胺类、脂环胺类、芳香胺类、萘系胺类中的一种、两种或多种。
[0014]优选的，所述步骤S1中酸选自硼酸、柠檬酸、草酸、磷酸、植酸、硫酸、盐酸、硝酸的酸中一种、两种或多种。
[0015]优选的，所述步骤S1中反应的温度为0～120℃，所述反应的时间为0.5～24h。
[0016]优选的，所述步骤2中非氧化气氛是氮气、氩气、氦气、氨气、氢气中的一种或任意多种混合。
[0017](三)有益效果
[0018]本专利技术提供了一种三维网状结构碳材料的制备方法。具备以下有益效果：
[0019]本专利技术提供了一种三维网状结构碳材料的制备方法，相比与不导电的木质素磺酸盐或二维导电的石墨类负极添加剂，本专利技术制备的三维网状结构的碳材料，不仅能提高电极的导电性，而且三维网状结构有利于电解液在电极内部的扩散，从而减小电极极化，提高电池循环寿命，同时该三维网状结构的碳材料在硫酸电解液中也具有较高的质量比电容，这也进一步增加了电池比容量。该碳材料具有的高导电性、高比容量以及三维网状结构，使其具有同时替代铅碳电池负极配方中常用木质素磺酸盐和碳材料的潜力。
附图说明
[0020]图1为本专利技术制备的三维网状结构的碳材料SEM形貌图；
[0021]图2为本专利技术制备的炭材料在硫酸电解液中的电化学性能图。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]实施例1：
[0024]如图1
‑
2所示，本专利技术实施例提供一种三维网状结构碳材料的制备方法：
[0025]1)：称取25g对苯二胺加入1000mL水，然后再加20mL85％的浓磷酸溶液，室温搅拌反应24h，过滤得到前驱体A；
[0026]2)：前驱体A在氮气气氛下，5℃/min，800℃，碳化2h，得到三维网状结构碳材料(材料形貌见图1；材料在硫酸电解液中的电化学性能见图2)。
[0027]实施例2：
[0028]本专利技术实施例提供一种三维网状结构碳材料的制备方法：
[0029]a：称取25g对苯二胺加入1000mL水，然后再加20mL85％的浓磷酸溶液，改变反应温度在水浴50℃、65℃、80℃反应24h，过滤可得到不同尺寸的前驱体A，分别为：～100微米、～50微米、～10微米；
[0030]b：前驱体A在氮气气氛下，5℃/min，800℃，碳化2h，得到不同尺寸的三维网状结构碳材料：～80微米、～25微米、～10微米。
[0031]实施例3：
[0032]本专利技术实施例提供一种三维网状结构碳材料的制备方法，具体包括以下步骤：
[0033]S1.前驱体的合成
[0034]将有机胺(如：对苯二胺、间苯二胺、邻苯二胺、苯胺、联苯胺等)中的一种或多种混合有机胺溶解在水、乙醇、乙二醇等一种或多种混合溶剂中，然后加入磷酸、硫酸、草酸、植酸等酸中的一种或多种，在0℃～100℃的温度下，常压搅拌反应1h～48h，过滤得到前驱体；
[0035]或在100℃～200℃的温度下，水热反应1～48h，过滤得到前驱体；
[0036]S2.前驱体的碳化
[0037]将步骤一得到的前驱体，在500～1000℃非氧化气氛(例如氮气、氩气、氢气、氦气等一种或任意多种混合气体)下进行碳化，碳化时间：0.5～24h，碳化升温速率：0.5～10℃/min；
[0038]优选碳化条件：氮气气氛，5℃/min，800℃，碳化2h。
[0039]步骤S1中有机胺选自辛胺、正丁胺、乙二胺、苄胺、甲基二乙醇胺、间苯二胺、对苯二胺，邻苯二胺、联苯胺及其衍生物，3,3－二氨基联苯胺，3,3',5,5'－四甲基联苯胺，2－萘胺，3,3
′
－二甲基联苯胺，3.3'－二甲基
‑
4.4'二氨基二苯甲烷、己内酰胺、甲基环己二胺芳香胺类、脂肪类、醇胺类、酰胺类、脂环胺类、芳香胺类、萘系胺类中的一种、两种或多种，步骤S1中酸选自硼酸、柠檬酸、草酸、磷酸、植酸、硫酸、盐酸、硝酸的酸中一种、两种或多种，步骤S1中反应的温度为0～120℃，反应的时间为0.5～24h。
[0040]步骤2中非氧化气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维网状结构碳材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1.前驱体的合成将有机胺中的一种或多种混合有机胺溶解在水、乙醇、乙二醇等一种或多种混合溶剂中，然后加入磷酸、硫酸、草酸、植酸等酸中的一种或多种，在0℃～100℃的温度下，常压搅拌反应1h～48h，过滤得到前驱体；或在100℃～200℃的温度下，水热反应1～48h，过滤得到前驱体；S2.前驱体的碳化将步骤一得到的前驱体，在500～1000℃非氧化气氛下进行碳化，碳化时间：0.5～24h，碳化升温速率：0.5～10℃/min；优选碳化条件：氮气气氛，5℃/min，800℃，碳化2h。2.根据权利要求1所述的一种三维网状结构碳材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中有机胺选自辛胺、正丁胺、乙二胺、苄胺、甲基二乙醇胺、间苯二胺、对苯二胺，邻苯二胺、联苯胺及其衍生物，3,3－二...

【专利技术属性】
技术研发人员：申仲荣，张凯，傅文武，张明，
申请(专利权)人：厦门科荟储能有限公司，
类型：发明
国别省市：