【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池材料，具体涉及一种碳基钠离子电池复合电极材料的制备工艺。
技术介绍
1、近些年来，人类社会对化石能源的需求不断提高，导致全球环境问题加剧，因此，探索新型清洁能源成为国际社会的共同主题，其中，电能发展较早，研究较多，就目前而言，电能的储存技术是高效利用电能的关键点。锂离子电池的高能量密度、长寿命和低污染等优点，使其在便携式电子设备和混合动力汽车等领域展现出了巨大的商业价值，但是锂元素价格高，储量少，难以大规模应用，相较而言，钠离子电池成本低，资源丰富，可替代锂离子电池。钠离子电池的性能优劣取决于电池的容量和循环稳定性等，这些方面主要由电池电极材料的电化学性能决定，因此，要想开发高性能的钠离子电池，首先需要研发性能优异的电极材料。
2、现有的电极材料包括碳材料、过渡金属化合物等，碳材料导电性佳，但是理论容量较低，na+储存效果较差，过渡金属化合物虽然普遍具有较高的理论容量，但是自身电导率一般较差，电化学活性不佳。为了解决这些问题，将两者进行复合，形成复合型电极材料的研究越来越多，如申请号为cn201810573295.x的中国专利技术专利公开了一种静电纺丝与水热法结合制备柔性mos2/cnfs钠离子电池负极材料的方法及产品，利用水热法将mos2生长在碳纳米纤维表面，形成mos2/cnfs复合物，这种复合方式虽然能使制备的mos2/cnfs复合物具有较高的容量，但是无法解决过渡金属化合物在长期循环过程中发生体积变化的现象，难以长期维持较高的循环稳定性，基于此，本专利技术制备了一种二元掺杂介孔碳材料，并以其
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种碳基钠离子电池复合电极材料的制备工艺，解决了以下技术问题：
2、(1)解决了碳材料容量较低，na+储存效果较差的问题；
3、(2)解决了硫化锰导电性能较差，且在循环使用过程中容易出现体积变化，导致电极材料循环稳定性不佳的问题。
4、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
5、一种碳基钠离子电池复合电极材料的制备工艺，所述复合电极材料由二元掺杂介孔碳材料和硫化锰组成；所述二元掺杂介孔碳材料是通过制备富氮/硫微孔有机聚合物，再将其碳化制得；所述富氮/硫微孔有机聚合物含有噻吩环和咪唑环；
6、所述复合电极材料的制备工艺为：将二元掺杂介孔碳材料超声分散在乙二醇中，投入锰源和硫源，搅拌至完全溶解，倒入反应釜中，在200-220℃的温度环境中反应2-6h，自然冷却，倒出物料，离心分离收集固体颗粒，经洗涤和真空干燥过程，制得二元掺杂介孔碳-硫化锰复合电极材料。
7、通过上述技术方案，以二元掺杂介孔碳材料为限域生长反应器，在溶剂热条件下，锰源与硫源形成的硫化锰晶核会在高温高压环境下流动至二元掺杂介孔碳材料的孔隙中，随着溶剂热反应的进行，晶核在孔隙中自然生长，形成嵌入式二元掺杂介孔碳材料-硫化锰复合电极材料。
8、进一步地，所述锰源为氯化锰、乙酸锰或者硝酸锰中的任意一种；所述硫源为硫脲、硫代乙酰胺或者l-半胱氨酸中的任意一种。
9、进一步地，所述二元掺杂介孔碳材料的制备方法包括以下步骤：
10、s1：将三[4-(溴甲基)苯基]胺溶于n,n-二甲基甲酰胺中，机械搅拌均匀，得混合液①；
11、s2：将1,3-二甲基-2-(2-噻吩基)咪唑烷溶于n,n-二甲基甲酰胺中，机械搅拌均匀，得混合液②；
12、s3：在搅拌条件下，将混合液①滴加至混合液②中，形成混合液③，升高混合液③的温度至90-100℃，反应24-36h，待物料冷却，离心分离，收集固体产物，洗涤，真空干燥，得富氮/硫微孔有机聚合物；
13、s4：将富氮/硫微孔有机聚合物与活化致孔剂混合，研磨均匀后，转移至管式炉中，在惰性气氛中进行碳化，自然冷却后，使用盐酸和去离子水依次洗涤产物，真空干燥，得二元掺杂介孔碳材料。
14、通过上述技术方案，在高温条件下，三[4-(溴甲基)苯基]胺结构的卤素原子可以与1,3-二甲基-2-(2-噻吩基)咪唑结构中的叔胺基团发生季铵化反应，并逐渐交联聚合，生成结构中含有咪唑和噻吩杂环，且孔径有序的富氮/硫微孔有机聚合物，使用活化致孔剂对其进行制孔活化，再通过高温碳化，制得富氮/硫二元掺杂介孔碳材料。
15、进一步地，步骤s3中，混合液③中三[4-(溴甲基)苯基]胺和1,3-二甲基-2-(2-噻吩基)咪唑烷的摩尔比为1:0.6-0.7。
16、进一步地，步骤s3中，将离心分离收集的固体产物依次用n,n-二甲基甲酰胺、乙腈和乙醚洗涤2-3次。
17、进一步地，步骤s4中，所述活化致孔剂为氢氧化钾或者氯化锌。
18、进一步地，步骤s4中，所述惰性气氛为氮气或者氩气中的任意一种。
19、进一步地，步骤s4中，碳化时控制升温速率为2-5℃/min，升温至800-900℃，保温1-3h。
20、本专利技术的有益效果：
21、(1)本专利技术通过制备孔隙结构均匀的富氮/硫微孔有机聚合物，将其碳化，制得具有三维连通结构的富氮/硫介孔碳材料，相较于普通介孔碳材料而言，该种微孔有机聚合物碳化形成的介孔碳材料孔隙率更高，孔隙更加均匀，结构更加有序化，表现出更高的比表面积，进而形成更多的na+活性储存位点，提高碳材料的储能容量，而且三维连通结构有利于电解质离子的传输和转移，缩短na+的扩散距离，进而改善碳材料的倍率性能；此外，二元掺杂元素可以在碳材料中形成缺陷结构，提供更多na+活性储存位点，还能改善电极与电解液之间的界面相容性，有利于电解液的浸润，并且能够增强碳材料的导电性，进一步增强碳材料的电化学活性。
22、(2)本专利技术采用溶剂热法制备二元掺杂介孔碳-硫化锰复合电极材料，通过二元掺杂介孔碳材料的限域作用，牢牢将硫化锰固定在介孔碳材料的孔隙中，经过包裹在外层的无定形碳，不仅能够避免硫化锰的团聚现象，还能为硫化锰发生体积膨胀提供缓冲的空间，避免硫化锰发生粉化现象；此外，硫化锰颗粒的存在还能够对介孔碳层起到支撑作用，从而使电极材料的结构更加稳定，增强电极材料的循环稳定性，从而结合二元掺杂介孔碳和硫化锰的优势，使制备的复合电极材料具有良好的导电性、比容量和循环稳定性等综合性能。
23、当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种碳基钠离子电池复合电极材料的制备工艺，其特征在于，所述复合电极材料由二元掺杂介孔碳材料和硫化锰组成；所述二元掺杂介孔碳材料是通过制备富氮/硫微孔有机聚合物，再将其碳化制得；所述富氮/硫微孔有机聚合物含有噻吩环和咪唑环；
2.根据权利要求1所述的一种碳基钠离子电池复合电极材料的制备工艺，其特征在于，所述锰源为氯化锰、乙酸锰或者硝酸锰中的任意一种；所述硫源为硫脲、硫代乙酰胺或者L-半胱氨酸中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种碳基钠离子电池复合电极材料的制备工艺，其特征在于，所述二元掺杂介孔碳材料的制备方法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种碳基钠离子电池复合电极材料的制备工艺，其特征在于，步骤S3中，混合液③中三[4-(溴甲基)苯基]胺和1,3-二甲基-2-(2-噻吩基)咪唑烷的摩尔比为1:0.6-0.7。
5.根据权利要求3所述的一种碳基钠离子电池复合电极材料的制备工艺，其特征在于，步骤S3中，将离心分离收集的固体产物依次用N,N-二甲基甲酰胺、乙腈和乙醚洗涤2-3次。
6.根据权利要求3所述的一种
7.根据权利要求3所述的一种碳基钠离子电池复合电极材料的制备工艺，其特征在于，步骤S4中，所述惰性气氛为氮气或者氩气中的任意一种。
8.根据权利要求3所述的一种碳基钠离子电池复合电极材料的制备工艺，其特征在于，步骤S4中，碳化时控制升温速率为2-5℃/min，升温至800-900℃，保温1-3h。
...【技术特征摘要】
1.一种碳基钠离子电池复合电极材料的制备工艺，其特征在于，所述复合电极材料由二元掺杂介孔碳材料和硫化锰组成；所述二元掺杂介孔碳材料是通过制备富氮/硫微孔有机聚合物，再将其碳化制得；所述富氮/硫微孔有机聚合物含有噻吩环和咪唑环；
2.根据权利要求1所述的一种碳基钠离子电池复合电极材料的制备工艺，其特征在于，所述锰源为氯化锰、乙酸锰或者硝酸锰中的任意一种；所述硫源为硫脲、硫代乙酰胺或者l-半胱氨酸中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种碳基钠离子电池复合电极材料的制备工艺，其特征在于，所述二元掺杂介孔碳材料的制备方法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种碳基钠离子电池复合电极材料的制备工艺，其特征在于，步骤s3中，混合液③中三[4-(溴甲基)苯基]胺和1,3...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱广山，邹伟民，康书文，邹嘉逸，张维民，
申请(专利权)人：江苏传艺科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。