廉价高比表面硬碳的制备方法及其在钠离子电池上的应用技术

本发明专利技术涉及廉价高比表面硬碳的制备方法，包括如下步骤：将DL

【技术实现步骤摘要】
廉价高比表面硬碳的制备方法及其在钠离子电池上的应用


[0001]本专利技术涉及廉价高比表面硬碳的制备方法及其在钠离子电池上的应用，属于碳材料领域。

技术介绍

[0002]现阶段我国的锂资源主要依赖于进口，因此寻找替代或备选储能技术是眼下的技术焦点；在锂电池潜在的诸多取代者中，钠离子电池因其具有丰富的储量、低廉的成本、较高的安全性等优点而备受青睐。但负极材料的性能仍制约着钠离子电池性能的进一步提高。在目前常见的钠离子电池负极材料中，，碳基材料因为具有来源广泛、资源丰富、结构多样和寿命长等优势而成为研究储钠负极材料的首选目标。石墨材料作为钠离子电池负极材料难以形成钠插入石墨化合物，只有少量的Na+可以储存在石墨中，导致可逆容量被抑制；软碳材料在钠离子发生嵌脱反应的时候容易引起层间距的改变，且可石墨化软碳在高温下容易石墨化，层间距会减小，降低材料的储钠能力；而硬碳材料的硬碳层间距大，拥有较多的缺陷、空位，具有较高的储钠能力，但是成本相对高昂，制约了其大规模应用。
[0003]因此如何简约经济的制备可用于钠离子电池负极的硬碳，成为了目前人们的研究热点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种廉价高比表面硬碳的制备方法及其在钠离子电池上的应用。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：技术主题一廉价高比表面硬碳的制备方法，包括如下步骤：A、将DL
‑
天冬氨酸、甲酸钾、聚乙烯吡咯烷酮、氯化铵和三聚氰胺混合球磨，在300<br/>‑
500℃保温3.0 h
‑
6 h，得到中间产物；B、将中间产物在惰性气体氛围下1100
‑
1300℃碳化，保温0.5
‑
5h，酸洗，得到硬碳材料。
[0006]作为本专利技术的优选实施方案，所述DL
‑
天冬氨酸、甲酸钾、聚乙烯吡咯烷酮、氯化铵和三聚氰胺的质量比为5
‑
15：2.5
‑
7.5：2.5
‑
7.5：1.5
‑
4.5：2.5
‑
7.5。
[0007]作为本专利技术的优选实施方案，所述DL
‑
天冬氨酸、甲酸钾、聚乙烯吡咯烷酮、氯化铵和三聚氰胺的质量比为10：5：5：3：5。
[0008]作为本专利技术的优选实施方案，所述球磨转速为100
‑
600转/分钟；球磨时间为5
‑
12h。
[0009]作为本专利技术的优选实施方案，所述步骤A在300℃保温5h。
[0010]作为本专利技术的优选实施方案，所述步骤B中间产物在惰性气体氛围下1200℃碳化，保温1.5h。
[0011]作为本专利技术的优选实施方案，所述酸洗步骤为将中间产物在5 wt%盐酸溶液中酸洗。
[0012]作为本专利技术的优选实施方案，所述碳化的具体步骤为：以5
‑
10℃/min的升温速率升温至1100
‑
1300℃。
[0013]技术主题二本专利技术还提供了技术主题一所述廉价高比表面硬碳的制备方法制备的硬碳材料的应用，用于钠离子电池负极材料。
[0014]技术主题三本专利技术还提供了一种钠离子电池，包括采用技术主题一所述廉价高比表面硬碳的制备方法制备的硬碳材料。
[0015]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本专利技术提供的制备方法采用DL
‑
天冬氨酸、甲酸钾、聚乙烯吡咯烷酮、氯化铵和三聚氰胺精准搭配，不仅操作简单、原料来源广泛、简单易得、节约成本；而且制备的硬碳材料在钠电池领域有着很高的实用性应用前景。
[0016]2、本专利技术中选用的DL
‑
天冬氨酸是一种廉价的生物质，价格低廉且资源丰富；相比聚天冬氨酸、壳聚糖和甲壳素不仅价廉且制备的硬碳用于钠电池的电池性能更好；本专利技术选用的三聚氰胺原位掺杂氮，同时与天冬氨酸聚合形成高聚物，提高了固碳含量，增加了材料缺陷，为储钠提供了容量。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例1制备的硬碳材料的SEM图。
[0018]图2为本专利技术实施例1制备的硬碳材料的比表面吸附图。
[0019]图3为本专利技术实施例1制备的硬碳材料的拉曼图。
具体实施方式
[0020]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对专利技术进行清楚、完整的描述。
[0021]本专利技术所述配方中各个物质均可由市售购买得到。下述实施例和对比例中采用的聚乙烯吡咯烷酮：平均分子量为58000，壳聚糖：平均分子量为10000，聚天冬氨酸：分子量为5000，甲壳素：分子量2000。
[0022]实施例1廉价高比表面硬碳的制备方法，包括如下步骤：A、将10gDL
‑
天冬氨酸、5g甲酸钾、5g聚乙烯吡咯烷酮、3g氯化铵和5g三聚氰胺混合球磨8h，球磨转速为300转/分钟，然后在300℃保温5h，得到中间产物；B、以6℃/min的升温速率升温至1200℃，将中间产物在氮气气体氛围下1200℃碳化，保温1.5h，然后在5 wt%盐酸溶液中酸洗3次，得到硬碳材料。
[0023]如图1
‑
3，对制备得到的硬碳材料分别进行SEM电镜、比表面吸附和拉曼图谱分析表征；可见，本专利技术成功制备了硬碳材料，硬碳材料的比表面积高达3426 m2/g。
[0024]实施例2
廉价高比表面硬碳的制备方法，包括如下步骤：A、将5gDL
‑
天冬氨酸、7.5g甲酸钾、2.5g聚乙烯吡咯烷酮、4.5g氯化铵和2.5g三聚氰胺混合球磨12h，球磨转速为100转/分钟，然后在500℃保温3h，得到中间产物；B、以5℃/min的升温速率升温至1100℃，将中间产物在氮气气体氛围下1100℃碳化，保温5h，然后在5 wt%盐酸溶液中酸洗3次，得到硬碳材料。
[0025]实施例3廉价高比表面硬碳的制备方法，包括如下步骤：A、将15gDL
‑
天冬氨酸、2.5g甲酸钾、7.5g聚乙烯吡咯烷酮、1.5g氯化铵和7.5g三聚氰胺混合球磨5h，球磨转速为600转/分钟，然后在400℃保温6h，得到中间产物；B、以10℃/min的升温速率升温至1300℃，将中间产物在氮气气体氛围下1300℃碳化，保温0.5h，然后在5 wt%盐酸溶液中酸洗3次，得到硬碳材料。
[0026]实施例4廉价高比表面硬碳的制备方法，包括如下步骤：A、将12gDL
‑
天冬氨酸、6g甲酸钾、6g聚乙烯吡咯烷酮、3.6g氯化铵和4g三聚氰胺混合球磨6h，球磨转速为200转/分钟，然后在400℃保温4h，得到中间产物；B、以8℃/min的升温速率升温至1200℃，将中间产物在氮气气体氛围下1200℃碳化，保温2h，然后在5 wt%盐酸溶液中酸洗3次，得到硬碳材料。
[0027]对比例1廉价高比表面硬碳的制备方法，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.廉价高比表面硬碳的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将DL
‑
天冬氨酸、甲酸钾、聚乙烯吡咯烷酮、氯化铵和三聚氰胺混合球磨，在300
‑
500℃保温3.0 h
‑
6 h，得到中间产物；将中间产物在惰性气体氛围下1100
‑
1300℃碳化，保温0.5
‑
5h，酸洗，得到硬碳材料。2.根据权利要求1所述的廉价高比表面硬碳的制备方法，其特征在于，所述DL
‑
天冬氨酸、甲酸钾、聚乙烯吡咯烷酮、氯化铵和三聚氰胺的质量比为5
‑
15：2.5
‑
7.5：2.5
‑
7.5：1.5
‑
4.5：2.5
‑
7.5。3.根据权利要求1或2所述的廉价高比表面硬碳的制备方法，其特征在于，所述DL
‑
天冬氨酸、甲酸钾、聚乙烯吡咯烷酮、氯化铵和三聚氰胺的质量比为10：5：5：3：5。4.根据权利要求1或2所述的廉价...

【专利技术属性】
技术研发人员：许跃龙，王莎莎，张利辉，刘振法，翟作昭，任斌，
申请(专利权)人：河北省科学院能源研究所，
类型：发明
国别省市：