一种多孔碳电极材料的制备方法

一种多孔碳电极材料的制备方法

技术领域

本发明专利涉及一种电极材料的制备方法，具体涉及一种多孔碳电极材料的制备方法。

背景技术

碳材料具有导电性高、水热稳定性好、比较面积大和多孔结构等特点，广泛应用于锂离子电池、超级电容器等新能源器件；特别是作为载体，有效提高了硫、硒、硅等电极材料的电化学性能。

Gao等采用海苔为原料，首先在500℃碳化，然后产物与铝酸钠混合，并在500-900℃反应，获得1-2纳米的微孔-介孔碳材料，该材料BET比表面积和孔体积达到1374m2/g和1.15cm3/g.(Gao Y,et al.Chemical Engineering J,2015,274:76-83.)

Yang等利用柠檬酸钙在700-1000℃高温裂解，制备具有介孔结构的碳材料。该碳酸钙和氧化钙材料可回收再利用，避免了二氧化硅等其它模板脱除造成的化学自愿浪费和潜在的环境污染问题。(Yang J,et al.Microporous Mesoprous Mater.,2014,183(1):91-98.)

A Sanche-sanchez以SBA-15为模板，以乙腈为碳源和氮源，合成氮掺杂介孔碳，该碳材料的平均尺寸为3.36纳米。(A.Sanche-sanchez,et al.J Colloid and InterfaceScience,2015,450:91-100)

但上述方法都需要通过模板调节碳材料孔结构，而且介孔碳产物产率低，难以实现产业化生产。

发明内容

针对现有技术方案的缺陷，本发明的目的是提供一种多孔碳电极材料的制备方法。

一种多孔碳电极材料的制备方法，以锰盐、酒石酸盐为原料，水热反应碳化、氮硫掺杂，制备多孔碳电极材料；锰盐为氯化锰、溴化锰、硝酸锰的一种；酒石酸盐为酒石酸钾钠、酒石酸铵钠、酒石酸锑钠的一种；氮源为尿素、缩二脲、-甲基脲、-乙基脲、-丙基脲、-异丙基脲中的一种；硫源为硫脲、甲基硫脲、乙基硫脲、丙基硫脲、丁基硫脲的一种；

一种多孔碳电极材料的制备方法，包括：

1)称量一定摩尔比的酒石酸盐和锰盐，溶于水、剧烈搅拌1～2小时，将所得产物在120～240℃反应10～20小时；再将所得产物洗涤后干燥；

2)将步骤1)产物与氮源按一定比例混合，分散水中，将所得产物在120～240℃反应5～10小时；再将所得产物洗涤后干燥，将干燥后的产物400～900℃惰性气氛热处理5～10小时；

3)将步骤2)产物与硫源按一定比例混合，分散水中，将所得产物在120～240℃反应5～10小时；再将所得产物洗涤后干燥，将干燥后的产物在400～900℃退火1～2小时，制得多孔碳电极材料；

所述的锰盐与酒石酸盐的摩尔比为0.8-1.2；

所述的氮源为多孔碳电极材料质量百分数的0-20wt％；

所述的硫源为多孔碳电极材料质量百分数的0-15wt％。

本专利生产的多孔碳材料可应用于锂离子电池负极，也可做超级电容器材料；

本专利生产的多孔碳材料可应用于硒、硫、硅电极材料的载体和导电剂。

与现有技术相比，本发明专利提供的一种多孔碳电极材料的制备方法，具有以下优势：

1)制备工艺简单、原材料成本低、可产业化生产；

2)锰盐和酒石酸盐反应，降低碳化温度；氮源和硫源掺杂，扩大了碳材料的孔结构；多孔碳尺寸为纳米级。

3)本专利制备的多孔碳为蚁窝状结构，且具有丰富的纳米空隙；三维纳米结构和氮、硫掺杂的协同效应，使该碳材料更利于硫、硒、硅等电极材料的稳定沉积其表面。

4)本专利制备的多孔碳与硒、硫、硅等电极材料复合后，明显改善了硒、硫、硅等电极材料的电化学性能。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹举以下实施例详细说明如下：

实例1

一种多孔碳电极材料的制备方法，包括：

1)称量一定摩尔比的酒石酸盐和锰盐，溶于水、剧烈搅拌2小时，将所得产物在180℃反应10小时；再将所得产物洗涤后干燥；

2)将步骤1)产物与氮源按一定比例混合，分散水中，将所得产物在180℃反应5小时；再将所得产物洗涤后干燥，将干燥后的产物600℃惰性气氛热处理5小时；

3)将步骤2)产物与硫源按一定比例混合，分散水中，将所得产物在180℃反应5小时；再将所得产物洗涤后干燥，将干燥后的产物在600℃退火2小时，制得多孔碳电极材料。

一种多孔碳电极材料的成分设计，包括：

1)氯化锰与酒石酸钾钠的摩尔比为1；1；尿素为氯化锰与酒石酸钾钠碳化产物质量百分数的10wt％；硫脲为氯化锰与酒石酸钾钠碳化产物质量百分数的8wt％；

该多孔碳电极材料与硒粉以质量比3.5:6.5均匀混合后球磨数6小时，球磨产物放入管式炉300℃退火6小时，得到氮掺杂多孔碳负载硒电极材料。在充放电电压范围为1～3V，电流密度为200mA/g，多孔碳负载硒电极材料50次循环后放电比容量大于400mAh/g，远大于同等条件下的硒电极充放电容量206mAh/g。

实例2

操作同实例1.

一种多孔碳电极材料的成分设计，包括：

2)硝酸锰与酒石酸铵钠的摩尔比为1.1；1；缩二脲为硝酸锰与酒石酸铵钠碳化产物质量百分数的8wt％；甲基硫脲为硝酸锰与酒石酸铵钠碳化产物质

量百分数的12wt％；

该多孔碳电极材料与硒粉以质量比3.5:6.5均匀混合后球磨数6小时，球磨产物放入管式炉300℃退火6小时，得到氮掺杂多孔碳负载硒电极材料。在充放电电压范围为1～3V，电流密度为200mA/g，多孔碳负载硒电极材料50次循环后放电比容量大于400mAh/g，远大于同等条件下的硒电极充放电容量206mAh/g。

实例3

操作同实例1.

一种多孔碳电极材料的成分设计，包括：

3)溴化锰与酒石酸钾钠的摩尔比为0.9；1；-甲基脲为硝酸锰与酒石酸铵钠碳化产物质量百分数的15wt％；乙基硫脲为溴化锰与酒石酸钾钠碳化产物

质量百分数的9wt％；

该多孔碳电极材料与硒粉以质量比3.5:6.5均匀混合后球磨数6小时，球磨产物放入管式炉300℃退火6小时，得到氮掺杂多孔碳负载硒电极材料。在充放电电压范围为1～3V，电流密度为200mA/g，多孔碳负载硒电极材料50次循环后放电比容量大于400mAh/g，远大于同等条件下的硒电极充放电容量206mAh/g。

上述专利的具体实施方式是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制；只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。