一种多孔结构生物质碳及其制备和应用制造技术

本发明专利技术属于生物碳材料技术领域，公开了一种多孔结构生物质碳及其制备和应用。包括以下步骤：S1、将松花粉进行研磨、清洗和烘干，然后在保护气体氛围下于500

【技术实现步骤摘要】
一种多孔结构生物质碳及其制备和应用


[0001]本专利技术属于生物碳材料
，公开了一种多孔结构生物质碳及其制备和应用。

技术介绍

[0002]新型清洁能源的开发和利用是实现双碳目标的重要举措。风能、太阳能等新型清洁能源具有间歇性和随机性，这类能源的持续稳定输出需要强有力的能量储存系统的支撑。锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命，被认为是重要的能量储存系统，钠离子电池与锂离子电池具有相似的工作原理，其价格更加低廉，原料来源广泛，因此开发高性能的锂/钠离子电池对实现碳达峰、碳中和的目标具有重要意义。
[0003]电极材料的电化学性能是影响电池性能的重要因素，碳材料具有丰富的微观结构、良好的化学稳定性和优异的导电性，是重要的电极材料，在锂/钠离子电池中占居重要地位。但是商用活性炭材料存在诸多难以克服的缺点，例如电导率较差，作为电极材料比容量低，材料的利用率不高等。因此，探索导电性良好、孔径分布合理、比表面积高的碳材料以提高其离子和电子的传输速率，有利于满足高性能锂/钠离子电池对高容量碳材料的要求。
[0004]生物质原料简单易得且是可再生资源，其衍生碳材料的孔隙结构丰富，表面丰富的官能团赋予材料独特的性能，作为锂/钠离子电池电极材料的前驱体已经被广泛研究。但是，大多数生物质碳材料在循环过程中存在容量衰减较严重、倍率性能较差等缺点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，针对现有生物质碳材料在循环过程中存在容量衰减较严重、倍率性能较差等的问题，提供一种多孔结构生物质碳及其制备和应用，采用疏松多孔结构的松花粉为原料制备了具有孔道结构的碳材料，通过调节高温碳化的温度和时间、酸处理和碱处理条件调控材料的微观结构，从而提高其电化学性能。本专利技术提供了一种工艺简单、成本低、易于实现规模化的生物质碳的制备方法，并应用于锂/钠离子电池，体现出较高的比容量和良好的循环性能。
[0006]为了实现上述目的，本申请采用的技术方案为：
[0007]本专利技术的第一个目的是提供一种多孔结构生物质碳的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1、将松花粉进行研磨、清洗和烘干，然后在保护气体氛围下于500
‑
900℃碳化，得到前驱体；
[0009]S2、将前驱体置于硫酸中进行酸化，过滤后水洗至中性，烘干后再置于氢氧化钾溶液中进行碱浸，结束后过滤后水洗至中性，烘干得到多孔结构生物质碳。
[0010]优选的，S1中，所述保护气体为氩气，碳化的时间为0.5
‑
6h。
[0011]优选的，S2中，所述前驱体和硫酸的质量体积比为1g:10
‑
30mL，所述硫酸的浓度为9
‑
18mol/L。
[0012]优选的，S2中，所述酸化的方式为在30
‑
160℃水浴或水热条件下酸化1
‑
12h。
[0013]优选的，S2中，所述前驱体和氢氧化钾溶液的质量体积比为1g:10
‑
30mL，所述氢氧化钾溶液的浓度为1
‑
6mol/L。
[0014]优选的，S2中，所述碱浸的方式为在60
‑
90℃下浸泡2
‑
24h。
[0015]优选的，S1和S2中，所述烘干的温度为60
‑
100℃，时间为12
‑
24h。
[0016]本专利技术的第二个目的是提供上述方法制备的多孔结构生物质碳。
[0017]本专利技术的第三个目的是提供上述多孔结构生物质碳作为负极材料在制备锂或钠离子电池中的应用。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果
：
[0019](1)本专利技术采用疏松多孔结构的松花粉为原料制备了具有孔道结构的碳材料，通过调节高温碳化的温度和时间、酸处理和碱处理条件调控材料的微观结构，从而提高其电化学性能，工艺简单、成本低、易于实现规模化的生物质碳的制备方法，并应用于锂/钠离子电池，体现出较高的比容量和良好的循环性能。
[0020](2)本专利技术采用酸处理和碱处理相结合的方式，利用硫酸的强氧化性和脱水性实现了松花粉的高效碳化，利用KOH进一步对产生的碳进行造孔，提高碳材料与电解液的接触能力，进而提高其离子传输性能。
[0021](3)本专利技术采用的松花粉原料来源广泛，环境友好，无环境污染，所得到的三维碳材料孔道丰富，有利于离子传输，生产工艺简单，反应条件易于控制，产品的一致性好，产品性能稳定可靠，有利于批量生产。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例1制备的多孔结构生物质碳的扫描电镜图；
[0023]图2为本专利技术实施例2制备的多孔结构生物质碳的扫描电镜图；
[0024]图3为本专利技术实施例3制备的多孔结构生物质碳的扫描电镜图；
[0025]图4为本专利技术对比例1制备的多孔结构生物质碳的扫描电镜图；
[0026]图5为本专利技术实施例1制备的多孔结构生物质碳电化学性能测试结果图；
[0027]图6为本专利技术实施例3制备的多孔结构生物质碳电化学性能测试结果图；
[0028]图7为本专利技术对比例1制备的多孔结构生物质碳电化学性能测试结果图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的数据，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。
[0030]需要说明的是，本专利技术中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的保护范围，除非另有特别说明，本专利技术以下各实施例中用到的各种原料、试剂、仪器和设备均可通过市场购买得到或者通过现有方法制备得到。
[0031]实施例1
[0032]一种多孔结构生物质碳的制备方法，包括以下步骤：
[0033]S1、10g松花粉研细，超声分散到100mL离子水中，清洗三次，再用100mL乙醇清洗一
次，过滤后得到粉末，然后将该粉末在60℃下干燥24h，然后放入管式炉中在氩气氛围下，于900℃条件下碳化4h得到前驱体；
[0034]S2、将碳化后得到的前驱体用浓度为10mol/L的硫酸中，前驱体和硫酸的质量体积比为1g:15mL，在40℃水浴条件下酸化6h，酸化结束后用去离子水反复清洗至中性后，在60℃条件下干燥24h，然后再置于3M KOH溶液中碱浸处理12h，前驱体和氢氧化钾溶液的质量体积比为1g:15mL，温度为60℃，碱浸处理结束后用去离子水反复洗涤至中性，再将粉末在60℃条件下干燥24h，得到松花粉衍生的多孔结构生物质碳。
[0035]实施例2
[0036]一种多孔结构生物质碳的制备方法，包括以下步骤：
[0037]S1、10g松花粉研细，超声分散到100mL离子水中，清洗三次，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔结构生物质碳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将松花粉进行研磨、清洗和烘干，然后在保护气体氛围下于500
‑
900℃碳化，得到前驱体；S2、将前驱体置于硫酸中进行酸化，过滤后水洗至中性，烘干后再置于氢氧化钾溶液中进行碱浸，之后过滤，水洗至中性，烘干得到多孔结构生物质碳。2.根据权利要求1所述的多孔结构生物质碳的制备方法，其特征在于，S1中，所述保护气体为氩气，碳化的时间为0.5
‑
6h。3.根据权利要求1所述的多孔结构生物质碳的制备方法，其特征在于，S2中，所述前驱体和硫酸的质量体积比为1g:10
‑
30mL，所述硫酸的浓度为9
‑
18mol/L。4.根据权利要求1所述的多孔结构生物质碳的制备方法，其特征在于，S2中，所述酸化的方式为在30
‑
160℃水浴或水热条...

【专利技术属性】
技术研发人员：张增福，张朋亚，程飞，
申请(专利权)人：徐州市易泊停车管理有限公司，
类型：发明
国别省市：