【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及储能元器件负极炭材料的制备领域，具体公开了一种以木耳基生物质为原料，经过碳化预处理、惰性气体氛围中尿素和碱活化剂共活化制备高比表面积，高能量密度和长循环寿命的氮掺杂生物质炭负极材料的方法。
技术介绍
1、化石燃料消耗量的大幅度增加带来严重的环境问题，一是化石燃料的大规模开采对环境的破坏及污染，二是化石燃料燃烧带来的环境污染问题及大量温室气体排放全球环境造成影响的温室效应。因此，开发和推广可持续清洁能源及其相关技术是当务之急。但是受限于地域、季节、天气等各种条件，大多数可再生清洁能源很难被持续利用，因此寻找一种高效、低成本、环境友好型的能源存储装置迫在眉睫。锂离子电容器是一种介于传统电容器和化学电池之间的新型快速储能装置，其克服了传统电容器能量密度低及化学电池功率密度低的缺点，兼顾能量密度及功率密度，具有循环寿命长、快速充放电、安全系数高、低温性能好、循环寿命长等优点。在通信、交通、国防等领域具有十分重要的应用前景。
2、目前在锂离子电容器中，商业化应用的负极材料主要是石墨，但传统的石墨容量、倍率性能难以满足人们的需求。与石墨相比，无定型结构的碳的层间距约为0 .37～0.38nm，这有利于锂离子的嵌入，不会引起结构的明显膨胀，具有良好的倍率性能。此外，无定型结构的碳材料的理论比容量高达700mah/g，远高于石墨类材料的370 mah/g。因此，无定型结构的碳材料具有巨大的应用潜力。但是，无定型碳材料存在着电导率低的缺点。
3、元素掺杂，主要是氮掺杂，是一种可以改变碳材料能带结构、大幅度提高
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是克服以上
技术介绍
中提到石墨碳材料的不足和缺陷，提供一种成本低廉、电化学性能优异的氮掺杂生物质碳材料的制备方法，并将使用此方法制备得到生物质碳材料应用于锂离子电容器。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
2、一种氮掺杂生物质碳的制备方法，包括以下步骤：
3、（1）以木耳基为前驱体，通过一步碳化和两步碳化法高温热解得到氮掺杂生物质碳。
4、（2）其中一步碳化法为：以木耳基为前驱体，将木耳基粉碎后，过200目筛，按照一定质量比将木耳基粉与尿素和碱混合后，在助熔剂作用下高温热解后研磨、酸洗烘干得到氮掺杂生物质碳。
5、（3）两步碳化法可以分为两种方法：第一，以木耳基为前驱体，将木耳基粉碎后，过200目筛，按照一定质量比将木耳基粉于尿素和碱混合后，一定温度预碳化，碳化一定时间后在助熔剂作用下继续高温热解，研磨、酸洗烘干得到氮掺杂生物质碳。
6、（4）第二，以木耳基为前驱体，将木耳基粉碎后，过200目筛，一定温度预碳化，按照一定质量比将预碳化的前驱体与尿素和碱混合后，在助熔剂作用下高温热解后研磨、酸洗烘干得到氮掺杂生物质碳。
7、上述制备方法中，优选的，所述木耳基粉所占质量比为总质量的40%-95%。
8、上述制备方法中，优选的，碳化升温速率为1-20℃。
9、上述制备方法中，优选的，步骤（1）高温热解温度为700-1800℃，热解时间为0.5h-8h。
10、上述制备方法中，优选的，所述助熔剂为锌、钠、钾的氯化盐、硫酸盐和乙酸盐的一种或几种。
11、上述制备方法中，优选的，步骤（3）及步骤（4）中预碳化温度为300-500℃，预碳化时间为0.5-8h。
12、上述制备方法中，优选的，步骤（3）及步骤（4）中高温热解温度为700-1800℃，热解时间为0.5-8h。
13、与其他制备方法比较，本专利技术的创造性具有以下特点：
14、1、本专利技术方法所采用的原材料廉价易得，成本较低，并且属于可再生绿色资源。
15、2、本专利技术中在制备过程中，原材料本身含有的丰富多糖，在高温热解时提供了其碳骨架结构；其本身含有的蛋白质和外加氮源共同提供了热解后生物质中的氮元素。
16、3、本专利技术制备氮掺杂碳材料时，氮掺杂改变了碳材料能带结构，大大提高碳材料的离子和电子扩散速率。同时，氮掺杂位点提供了更好的锂离子亲和能力，更有利于锂离子的吸附，提升材料的比容量。助熔热解可以提高碳材料的石墨化程度，从而提高材料的电导率，提高材料的倍率性能。本专利技术中氮掺杂与助熔热解协同作用，提高了碳材料的电化学性能，利用本专利技术的制备方法获得的氮掺杂碳材料制备得到的锂离子电容器的电化学性能优异。
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1.一种氮掺杂生物质碳材料，其特征在于，所述氮掺杂碳材料的粒径小于25μm，氮的质量分数为0.5～10％，氮元素均匀分布其中；其中，所述氮掺杂碳材料的制备方法，包括以下步骤：
2.（2）其中一步碳化法为：以木耳为前驱体，将木耳粉碎后，过200目筛，按照一定质量比将木耳粉与尿素和碱混合后，在助熔剂作用下高温热解后研磨、酸洗烘干得到氮掺杂生物质碳。
3.（3）两步碳化法可以分为两种方法：第一，以木耳为前驱体，将木耳粉碎后，过200目筛，按照一定质量比将木耳粉于尿素和碱混合后，一定温度预碳化，碳化一定时间后在助熔剂作用下继续高温热解，研磨、酸洗烘干得到氮掺杂生物质碳。
4.（4）第二，以木耳为前驱体，将木耳粉碎后，过200目筛，一定温度预碳化，按照一定质量比将预碳化的前驱体与尿素和碱混合后，在助熔剂作用下高温热解后研磨、酸洗烘干得到氮掺杂生物质碳。
5.根据权利要求1所述的氮掺杂生物质碳材料，所述木耳粉所占质量比为总质量的40%-95%。
6.上根据权利要求1所述的氮掺杂生物质碳材料，碳化升温速率为1-20℃。
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8.上根据权利要求1所述的氮掺杂生物质碳材料，所述助熔剂为锌、钠、钾的氯化盐、硫酸盐和乙酸盐的一种或几种。
9.上根据权利要求1所述的氮掺杂生物质碳材料，步骤（3）及步骤（4）中预碳化温度为300-500℃，预碳化时间为0.5-8h。
10.上根据权利要求1所述的氮掺杂生物质碳材料，步骤（3）及步骤（4）中高温热解温度为700-1800℃，热解时间为0.5-8h。
...【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂生物质碳材料，其特征在于，所述氮掺杂碳材料的粒径小于25μm，氮的质量分数为0.5～10％，氮元素均匀分布其中；其中，所述氮掺杂碳材料的制备方法，包括以下步骤：
2.（2）其中一步碳化法为：以木耳为前驱体，将木耳粉碎后，过200目筛，按照一定质量比将木耳粉与尿素和碱混合后，在助熔剂作用下高温热解后研磨、酸洗烘干得到氮掺杂生物质碳。
3.（3）两步碳化法可以分为两种方法：第一，以木耳为前驱体，将木耳粉碎后，过200目筛，按照一定质量比将木耳粉于尿素和碱混合后，一定温度预碳化，碳化一定时间后在助熔剂作用下继续高温热解，研磨、酸洗烘干得到氮掺杂生物质碳。
4.（4）第二，以木耳为前驱体，将木耳粉碎后，过200目筛，一定温度预碳化，按照一定质量比将预碳化的前驱体与尿素和碱混合后，在助熔剂作用下高温热解后研磨...
【专利技术属性】
技术研发人员：武建飞，陈国栋，孙晓林，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：
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