一種多孔碳電極材料的制備方法

一種多孔碳電極材料的制備方法

技術領域

本發明專利涉及一種電極材料的制備方法，具體涉及一種多孔碳電極材料的制備方法。

背景技術

碳材料具有導電性高、水熱穩定性好、比較面積大和多孔結構等特點，廣泛應用于鋰離子電池、超級電容器等新能源器件；特別是作為載體，有效提高了硫、硒、硅等電極材料的電化學性能。

Gao等采用海苔為原料，首先在500℃碳化，然后產物與鋁酸鈉混合，并在500-900℃反應，獲得1-2納米的微孔-介孔碳材料，該材料BET比表面積和孔體積達到1374m2/g和1.15cm3/g.(Gao Y,et al.Chemical Engineering J,2015,274:76-83.)

Yang等利用檸檬酸鈣在700-1000℃高溫裂解，制備具有介孔結構的碳材料。該碳酸鈣和氧化鈣材料可回收再利用，避免了二氧化硅等其它模板脫除造成的化學自愿浪費和潛在的環境污染問題。(Yang J,et al.Microporous Mesoprous Mater.,2014,183(1):91-98.)

A Sanche-sanchez以SBA-15為模板，以乙腈為碳源和氮源，合成氮摻雜介孔碳，該碳材料的平均尺寸為3.36納米。(A.Sanche-sanchez,et al.J Colloid and InterfaceScience,2015,450:91-100)

但上述方法都需要通過模板調節碳材料孔結構，而且介孔碳產物產率低，難以實現產業化生產。

發明內容

針對現有技術方案的缺陷，本發明的目的是提供一種多孔碳電極材料的制備方法。

一種多孔碳電極材料的制備方法，以錳鹽、酒石酸鹽為原料，水熱反應碳化、氮硫摻雜，制備多孔碳電極材料；錳鹽為氯化錳、溴化錳、硝酸錳的一種；酒石酸鹽為酒石酸鉀鈉、酒石酸銨鈉、酒石酸銻鈉的一種；氮源為尿素、縮二脲、-甲基脲、-乙基脲、-丙基脲、-異丙基脲中的一種；硫源為硫脲、甲基硫脲、乙基硫脲、丙基硫脲、丁基硫脲的一種；

一種多孔碳電極材料的制備方法，包括：

1)稱量一定摩爾比的酒石酸鹽和錳鹽，溶于水、劇烈攪拌1～2小時，將所得產物在120～240℃反應10～20小時；再將所得產物洗滌后干燥；

2)將步驟1)產物與氮源按一定比例混合，分散水中，將所得產物在120～240℃反應5～10小時；再將所得產物洗滌后干燥，將干燥后的產物400～900℃惰性氣氛熱處理5～10小時；

3)將步驟2)產物與硫源按一定比例混合，分散水中，將所得產物在120～240℃反應5～10小時；再將所得產物洗滌后干燥，將干燥后的產物在400～900℃退火1～2小時，制得多孔碳電極材料；

所述的錳鹽與酒石酸鹽的摩爾比為0.8-1.2；

所述的氮源為多孔碳電極材料質量百分數的0-20wt％；

所述的硫源為多孔碳電極材料質量百分數的0-15wt％。

本專利生產的多孔碳材料可應用于鋰離子電池負極，也可做超級電容器材料；

本專利生產的多孔碳材料可應用于硒、硫、硅電極材料的載體和導電劑。

與現有技術相比，本發明專利提供的一種多孔碳電極材料的制備方法，具有以下優勢：

1)制備工藝簡單、原材料成本低、可產業化生產；

2)錳鹽和酒石酸鹽反應，降低碳化溫度；氮源和硫源摻雜，擴大了碳材料的孔結構；多孔碳尺寸為納米級。

3)本專利制備的多孔碳為蟻窩狀結構，且具有豐富的納米空隙；三維納米結構和氮、硫摻雜的協同效應，使該碳材料更利于硫、硒、硅等電極材料的穩定沉積其表面。

4)本專利制備的多孔碳與硒、硫、硅等電極材料復合后，明顯改善了硒、硫、硅等電極材料的電化學性能。

具體實施方式

為能進一步了解本發明的發明內容、特點及功效，茲舉以下實施例詳細說明如下：

實例1

一種多孔碳電極材料的制備方法，包括：

1)稱量一定摩爾比的酒石酸鹽和錳鹽，溶于水、劇烈攪拌2小時，將所得產物在180℃反應10小時；再將所得產物洗滌后干燥；

2)將步驟1)產物與氮源按一定比例混合，分散水中，將所得產物在180℃反應5小時；再將所得產物洗滌后干燥，將干燥后的產物600℃惰性氣氛熱處理5小時；

3)將步驟2)產物與硫源按一定比例混合，分散水中，將所得產物在180℃反應5小時；再將所得產物洗滌后干燥，將干燥后的產物在600℃退火2小時，制得多孔碳電極材料。

一種多孔碳電極材料的成分設計，包括：

1)氯化錳與酒石酸鉀鈉的摩爾比為1；1；尿素為氯化錳與酒石酸鉀鈉碳化產物質量百分數的10wt％；硫脲為氯化錳與酒石酸鉀鈉碳化產物質量百分數的8wt％；

該多孔碳電極材料與硒粉以質量比3.5:6.5均勻混合后球磨數6小時，球磨產物放入管式爐300℃退火6小時，得到氮摻雜多孔碳負載硒電極材料。在充放電電壓范圍為1～3V，電流密度為200mA/g，多孔碳負載硒電極材料50次循環后放電比容量大于400mAh/g，遠大于同等條件下的硒電極充放電容量206mAh/g。

實例2

操作同實例1.

一種多孔碳電極材料的成分設計，包括：

2)硝酸錳與酒石酸銨鈉的摩爾比為1.1；1；縮二脲為硝酸錳與酒石酸銨鈉碳化產物質量百分數的8wt％；甲基硫脲為硝酸錳與酒石酸銨鈉碳化產物質

量百分數的12wt％；

該多孔碳電極材料與硒粉以質量比3.5:6.5均勻混合后球磨數6小時，球磨產物放入管式爐300℃退火6小時，得到氮摻雜多孔碳負載硒電極材料。在充放電電壓范圍為1～3V，電流密度為200mA/g，多孔碳負載硒電極材料50次循環后放電比容量大于400mAh/g，遠大于同等條件下的硒電極充放電容量206mAh/g。

實例3

操作同實例1.

一種多孔碳電極材料的成分設計，包括：

3)溴化錳與酒石酸鉀鈉的摩爾比為0.9；1；-甲基脲為硝酸錳與酒石酸銨鈉碳化產物質量百分數的15wt％；乙基硫脲為溴化錳與酒石酸鉀鈉碳化產物

質量百分數的9wt％；

該多孔碳電極材料與硒粉以質量比3.5:6.5均勻混合后球磨數6小時，球磨產物放入管式爐300℃退火6小時，得到氮摻雜多孔碳負載硒電極材料。在充放電電壓范圍為1～3V，電流密度為200mA/g，多孔碳負載硒電極材料50次循環后放電比容量大于400mAh/g，遠大于同等條件下的硒電極充放電容量206mAh/g。

上述專利的具體實施方式是示例性的，是為了更好的使本領域技術人員能夠理解本專利，不能理解為是對本專利包括范圍的限制；只要是根據本專利所揭示精神的所作的任何等同變更或修飾，均落入本專利包括的范圍。