【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钠离子电池负极材料，具体涉及一种高性能储钠碳材料负极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、在二十世纪七、八十年代，钠离子电池与锂离子电池的研究几乎处于同一水平，然而石墨负极在锂离子电池中的成功应用直接促进了其商业化进程，钠离子电池却至今仍未实现产业化突破，瓶颈之一是缺少合适的实用化负极材料。近几年钠离子电池的研究相继取得重要的进展，其中负极材料的研究主要集中于碳材料以及一些非碳材料(金属及氧化物材料、合金材料及磷等)。非碳材料对锂和钠都表现出高的存储容量，但是由于导电率低、体积变化大和易粉化等问题，即便在商业化程度很高的锂离子电池中仍未获得大规模应用。上述问题在钠离子电池中同样存在，而碳基材料不仅具有较低的嵌钠平台，较高的容量和良好的循环稳定性，还具有资源丰富，制备简单等优点。因此碳材料仍是最有希望推动钠离子产业化的关键负极材料。
2、目前具有应用前景的主要储钠碳材料包括：(1)软碳材料，主要指具有层状结构的类石墨碳材料，主要以层间插层的形式储钠，导电性较好，但是比容量较低；(2)硬碳材料，结构复杂多样，通常具有多种储存钠离子的形式，虽然容量较高，但是首次库仑效率低；(3)纳米碳材料，诸如石墨烯、碳纳米管等，通常主要依靠表面吸附实现储钠，可以实现快速充放电，但是库仑效率低、循环性差等问题使其在短时间内也难以获得实际应用(张思伟,张俊,吴思达,等.钠离子电池用碳负极材料研究进展[j].化学学报,2017,75(2):163-172.)。因此，开发新型的钠离子电池碳基负极材料极具迫切性。此外，碳材料结构对
3、本专利技术首次利用右旋糖酐铁对edot的诱导催化性能，使得edot单体在聚合过程朝着二维纳米片方向催化聚合。右旋糖酐铁中的铁是二价，其单独对导电聚合物的性能较弱。本专利技术专利联合右旋糖酐铁和三氯化铁(三价铁)实现对edot的催化氧化的同时，利用右旋糖酐铁的右旋结构特性，实现催化诱导相互结合，最终实现碳纳米片状结构的合成。
技术实现思路
1、针对现有问题的不足，本专利技术的第一个目的是提供一种高性能储钠碳材料的制备方法；
2、本专利技术的第二个目的是提供一种高性能储钠碳负极材料；
3、本专利技术的第三个目的是提供一种高性能储钠碳负极材料在制备钠电池电极方面的应用。
4、本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：
5、通过在edot单体的溶液中加入表面活性剂十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵充分分散后，再逐滴加入右旋糖酐铁/三氯化铁的混合水溶液诱导催化，调节溶液ph值为5，在温度50℃的油浴锅中反应6h后，过滤后沉淀物经由高温碳化一步制备铁、硫掺杂具有单分散特性的纳米片结构的碳材料。
6、进一步地，所述制备方法具体包括以下步骤：
7、(1)将edot单体加入去离子水中超声搅拌分散30min，直至形成均一的乳白色溶液，然后开始冰浴磁力搅拌10min；
8、(2)另将十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵分散在上述步骤溶液中，超声搅拌分散10min后，继续冰浴磁力搅拌20min；
9、(3)另配置右旋糖酐铁/三氯化铁的混合水溶液，加入步骤(2)的混合溶液中，冰浴搅拌1h；
10、(4)调节上述溶液ph值为5，在温度50℃的油浴锅中反应6h后，反应结束后抽滤，用去离子水洗3～5遍，70℃真空干燥3～5h，制备得到前驱体单分散片；
11、(5)将步骤(4)得的材料在保护气下高温碳化处理制备得到高性能储钠碳纳米片材料。
12、进一步地，所述edot分散在去离子水中，摩尔浓度为0.01～0.1m/l；加入加入表面活性剂十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵，表面活性剂与水的总质量比为1：50-70，十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1：1-4；所述加入右旋糖酐铁/三氯化铁，其与水的质量比为1：600-1000，右旋糖酐铁/三氯化铁的质量比为1：1-3；。
13、进一步地，所述的纳米片尺寸为300-500nm，厚度为30-50nm；其铁掺杂，最终铁、硫的掺杂量原子掺杂比均为3～5％。
14、进一步地，所述的高温碳化处理条件为：在ar、ar/h2混合气或he气氛下600～900℃进行热处理1-12h。
15、上述的制备方法制备得到的高性能储钠碳材料负极材料。
16、上所述的高性能储钠碳材料负极材料在制备钠离子电池电极方面的应用。
17、有益效果
18、(1)本专利技术根据钠电池负极材料充放电循环中的特点，设计制备铁、硫掺杂的碳材料呈现纳米片结构类型，且全部材料颗粒尺寸基本一致呈现单分散的特性，该材料特性有利于消除电极材料的极化，同时其较大的晶格间距有利于钠离子的存储，从而有效地改进电极材料的电化学性能；
19、(2)本专利技术制备的碳纳米片不利用模版，一步制备；
20、(3)本专利技术制备原料便宜，反应温度低，操作工艺简单，收率高，材料的充放电性能优异，便于工业化生产。本专利技术对活性物质的长循环性能、倍率性能改善明显。此外，本专利技术所使用的溶剂为水，环境友好。
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1.一种高性能储钠碳材料及其制备方法和应用，其制备方法是利用右旋糖酐铁对EDOT的诱导催化性能，在pH值为5，在温度50℃的油浴反应6h后，使得3,4-乙基二氧噻吩(EDOT)单体在聚合过程朝着二维纳米片方向催化聚合，最后经由高温碳化一步无模版法制备高质量的铁、硫掺杂碳纳米片。
2.根据权利要求1所述的高性能特殊结构单分散碳球的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的高性能储钠碳材料的制备方法，其特征在于，所述EDOT分散在去离子水中，摩尔浓度为0.01～0.1M/L；加入加入表面活性剂十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵，表面活性剂与水的总质量比为1：50-70，十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1：1-4；所述加入右旋糖酐铁/三氯化铁，其与水的质量比为1：600-1000，右旋糖酐铁/三氯化铁的质量比为1：1-3；。
4.根据权利要求1或2所述的高性能储钠碳材料的制备方法，其特征在于，所述的纳米片尺寸为300-500nm，厚度为30-50nm；其铁掺杂，最终铁和硫的掺杂量原子掺杂比均为3～5％。
...【技术特征摘要】
1.一种高性能储钠碳材料及其制备方法和应用，其制备方法是利用右旋糖酐铁对edot的诱导催化性能，在ph值为5，在温度50℃的油浴反应6h后，使得3,4-乙基二氧噻吩(edot)单体在聚合过程朝着二维纳米片方向催化聚合，最后经由高温碳化一步无模版法制备高质量的铁、硫掺杂碳纳米片。
2.根据权利要求1所述的高性能特殊结构单分散碳球的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的高性能储钠碳材料的制备方法，其特征在于，所述edot分散在去离子水中，摩尔浓度为0.01～0.1m/l；加入加入表面活性剂十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵，表面活性剂与水的总质量比为1：50-70，十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1...
【专利技术属性】
技术研发人员：戈晓阳，袁伟宏，查玉飞，
申请(专利权)人：安微纳新材料盐城有限公司，
类型：发明
国别省市：
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