CN105185998B - 冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法 - Google Patents

冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105185998B
CN105185998B CN201510490380.6A CN201510490380A CN105185998B CN 105185998 B CN105185998 B CN 105185998B CN 201510490380 A CN201510490380 A CN 201510490380A CN 105185998 B CN105185998 B CN 105185998B
Authority
CN
China
Prior art keywords
chinese ilex
lithium
ion battery
anode material
carbon material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510490380.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105185998A (zh
Inventor
郑鹏
郭守武
刘婷
刘毅
张利峰
原晓艳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaanxi University of Science and Technology
Original Assignee
Shaanxi University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shaanxi University of Science and Technology filed Critical Shaanxi University of Science and Technology
Priority to CN201510490380.6A priority Critical patent/CN105185998B/zh
Publication of CN105185998A publication Critical patent/CN105185998A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105185998B publication Critical patent/CN105185998B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法，包括：首先取的冬青加入到溶剂中，将混合物放入超声波清洗仪中进行超声处理，获得淀粉分散液；然后将上述淀粉分散液转移到水热反应釜中进行反应，反应结束待自然降至室温，然后用水和乙醇各洗3次，然后进行真空干燥处理，获得水热预处理碳材料；最后将水热预处理碳材料在惰性气氛下进行煅烧处理，煅烧结束后冷却至室温，即获得冬青衍生碳材料，本发明的目的在于提供冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法，采用水热反应预处理，随后高温退火碳化的方式得到作为钠离子电池负极材料冬青衍生碳材料，本方法具有工艺操作简单、重复性高、成本低廉的特点。

Description

冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及室温钠离子电池负极材料技术领域，特别涉及冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法。
背景技术
锂离子电池因具有高能量密度，已成功应用于小型移动电子产品领域。然而锂矿在地球上储量有限，并且分布不均匀，主要集中在美洲，我国锂矿较少，若把锂电技术广泛应用于清洁能源储能器件及电动车行业，势必会提高锂矿价格，不利于长久可持续发展。而世界范围内钠矿储量丰富，成本低廉，我国也有大量的钠矿，因此发展室温钠离子电池来代替锂离子电池是未来二次储能电池的趋势。
碳材料具有良好的导电性能和结构稳定性，并且已经在锂电负极材料上展现出杰出的优点，如：石墨已经是商业化的锂电负极材料，其中石墨成本低廉、电池比容量较高并且循环稳定性好；石墨烯因具有很大的比表面积，作为锂电负极材料比容量能达到1100mAh/g。然而它们却不能当作钠电负极材料，因为钠离子的半径比锂离子大1.4倍，而石墨和石墨烯的层间距不足以容纳钠离子插入，因此，必须探索制备其它新型钠离子负极碳材料。
冬青隶属于木兰纲植物，在我国分布均匀，成活容易并且产量很高。本发明以价格低廉的冬青为前驱体，通过简单的水热碳化及高温碳化工艺，制得钠离子电池负极碳材料，并于世界范围内首次证实冬青衍生碳材料具有很高的钠电比容量(284mAh/g)，可以当作钠电负极材料使用。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法，采用水热反应预处理，随后高温退火碳化的方式得到作为钠离子电池负极材料冬青衍生碳材料，本方法具有工艺操作简单、重复性高、成本低廉的特点。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法，包括：
步骤一：取0.1-5.0g的冬青加入到35-150ml溶剂中，将混合物放入超声频率为40kHz的超声波清洗仪中进行超声处理0.5-3.0h，获得淀粉分散液；
步骤二：将上述淀粉分散液转移到50-200ml水热反应釜中，在温度为120-200℃的环境下反应2-12h，反应结束待自然降至室温，然后用水和乙醇各洗3次，然后进行真空干燥处理，获得水热预处理碳材料；
步骤三：将水热预处理碳材料在惰性气氛下进行煅烧处理，煅烧结束后冷却至室温，即获得冬青衍生碳材料。
所述溶剂包括去离子水和无水乙醇中任意一种。
所述冬青采用大叶冬青、梅叶冬青、榕叶冬青、四川冬青、广东冬青和矮冬青、铁冬青中任意一种。
所述真空干燥处理为在温度为60-100℃条件下，真空干燥8-16h。
所述惰性气氛为Ar或N2气氛。
所述煅烧处理为以2-10℃/min的升温速率进行升温，升温至700-1200℃，煅烧2-12h。
本发明的工作原理为：
本发明采用水热反应预处理，随后高温退火碳化的方式得到冬青衍生碳材料。在水热预处理阶段，冬青中多种成份等会进行碳键的耦合交联，进行脱氢等轻程度的碳化交联。从而避免了直接碳化煅烧的急剧交联过程。经水热处理后的碳球，经过随后的高温煅烧后形成约100nm的碳颗粒。颗粒尺寸变小，能够增大比表面积，从而增大和电解液的接触，进一步提高电池容量和循环稳定性。
本发明的有益效果为：
本发明的制备方法具有操作简便易行，可重复性强，成本低，对环境无污染的特点。利用本方法制备的冬青衍生碳材料作为室温钠离子电池的负极材料，能够克服块体碳材料电池容量低、体积膨胀效应严重的问题，具有循环稳定性强、电池容量高的特点。本方法具有操作简单、可重复性高、成本低廉的特点。
附图说明
图1是本发明实施例1至实施例4中制备的碳材料的XRD图。
图2是本发明实施例1至实施例4中制备的纳米碳和块体碳材料的SEM图。
图3是本发明实施例1至实施例4中制备的纳米碳和块体碳材料作为锂离子电池负极材料的充电比容量图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细说明。
参见附图，本发明为冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法，包括：
步骤一：取0.1-5.0g的冬青加入到35-150ml溶剂中，将混合物放入超声频率为40kHz的超声波清洗仪中进行超声处理0.5-3.0h，获得淀粉分散液；
步骤二：将上述淀粉分散液转移到50-200ml水热反应釜中，在温度为120-200℃的环境下反应2-12h，反应结束待自然降至室温，然后用水和乙醇各洗3次，然后进行真空干燥处理，获得水热预处理碳材料；
步骤三：将水热预处理碳材料在惰性气氛下进行煅烧处理，煅烧结束后冷却至室温，即获得冬青衍生碳材料。
所述溶剂包括：去离子水和无水乙醇中任意一种。
所述冬青采用大叶冬青、梅叶冬青、榕叶冬青、四川冬青、广东冬青和矮冬青、铁冬青中任意一种。
所述真空干燥处理为在温度为60-100℃条件下，真空干燥8-16h。
所述惰性气氛为Ar或N2气氛。
所述煅烧处理为以2-10℃/min的升温速率进行升温，升温至700-1200℃，煅烧2-12h。
实施例1采用本方法制备冬青衍生碳材料
称取3.0g大叶冬青加入到35ml去离子水中，将混合物放入超声频率为40kHz的超声波清洗仪中进行超声处理2.0h，获得淀粉分散液。将上述淀粉分散液转移至50ml水热反应釜中，在温度为160℃的环境下反应10h，反应结束待自然降至室温，然后用水和乙醇各洗3次，然后在温度为60℃条件下，真空干燥15h，获得水热预处理碳材料。将上述水热预处理碳材料在Ar气氛下，以2℃/min的升温速率升至800℃，煅烧10h，煅烧结束自然冷却至室温后，获得冬青衍生碳材料。
实施例2采用本方法制备冬青衍生碳材料
称取1.0g梅叶冬青加入到35ml无水乙醇中，将混合物放入超声频率为40kHz的超声波清洗仪中进行超声处理3.0h，获得淀粉分散液。将上述淀粉分散液转移至50ml水热反应釜中，在温度为180℃的环境下反应8h，反应结束待自然降至室温，然后用水和乙醇各洗3次，然后在温度为100℃条件下，真空干燥12h，获得水热预处理碳材料。将上述水热预处理碳材料在N2气氛下，以5℃/min的升温速率升至1200℃，煅烧6h，煅烧结束自然冷却至室温后，获得冬青衍生碳材料。
实施例3采用本方法制备冬青衍生碳材料
称取1.0g榕叶冬青加入到20ml去离子水中，将混合物放入超声频率为40kHz的超声波清洗仪中进行超声处理2.0h，获得淀粉分散液。将上述淀粉分散液转移至50ml水热反应釜中，在温度为160℃的环境下反应10h，反应结束待自然降至室温，然后用水和乙醇各洗3次，然后在温度为60℃条件下，真空干燥10h，获得水热预处理碳材料。将上述水热预处理碳材料在Ar气氛下，以2℃/min的升温速率升至800℃，煅烧10h，煅烧结束自然冷却至室温后，获得冬青衍生碳材料。
实施例4采用本方法制备冬青衍生碳材料
称取1.0g铁冬青加入到40ml去离子水中，将混合物放入超声频率为40kHz的超声波清洗仪中进行超声处理2.0h，获得淀粉分散液。将上述淀粉分散液转移至50ml水热反应釜中，在温度为160℃的环境下反应10h，反应结束待自然降至室温，然后用水和乙醇各洗3次，然后在温度为80℃条件下，真空干燥15h，获得水热预处理碳材料。将上述水热预处理碳材料在Ar气氛下，以2℃/min的升温速率升至800℃，煅烧8h，煅烧结束自然冷却至室温后，获得冬青衍生碳材料。
参见附图，图1为实施例1至4中制备的碳材料的XRD图。其中，横坐标是角度；纵坐标是相对强度。图中可看得到了碳化的碳材料，在2θ为25°和45°处有很弱石墨的衍射峰。
图2为实施例1至4中制备的纳米碳和块体碳材料的SEM图。其中图2(a)为水热预处理的碳材料；图2(b)和图2(c)为经过水热预处理再高温碳化得到的冬青衍生碳材料。从图中能够对比的看出，经水热处理后的碳球，经过随后的高温煅烧后形成约100nm的碳颗粒。颗粒尺寸变小，能够增大比表面积，从而增大和电解液的接触，进一步提高电池容量和循环稳定性。
图3为实施例1至4中制备的纳米碳和块体碳材料作为锂离子电池负极材料的充电比容量图。由图中可看出纳米碳材料首次充电比容量为360mAh/g，并且经过三次充放电循环后比容量接近为263mAh/g，经过50次循环后比容量仍能保持在257mAh/g；说明通过适当控制反应条件能够获得具有较好电化学性能的冬青衍生碳材料。
本发明并不局限上述所列举的具体实施方式，本领域的技术人员可以根据本发明工作原理和上面给出的具体实施方式，可以做出各种等同的修改、等同的替换、部件增减和重新组合，从而构成更多新的实施方式。

Claims (6)

1.冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括：
步骤一：取0.1-5.0g的冬青加入到20-150ml溶剂中，将混合物放入超声频率为40kHz的超声波清洗仪中进行超声处理0.5-3.0h，获得淀粉分散液；
步骤二：将上述淀粉分散液转移到50-200ml水热反应釜中，在温度为120-200℃的环境下反应2-12h，反应结束待自然降至室温，然后用水和乙醇各洗3次，然后进行真空干燥处理，获得水热预处理碳材料；
步骤三：将水热预处理碳材料在惰性气氛下进行煅烧处理，煅烧结束后冷却至室温，即获得冬青衍生碳材料。
2.根据权利要求1所述的冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述溶剂包括：去离子水和无水乙醇中任意一种。
3.根据权利要求1所述的冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述冬青采用大叶冬青、梅叶冬青、榕叶冬青、四川冬青、广东冬青和矮冬青、铁冬青中任意一种。
4.根据权利要求1所述的冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述真空干燥处理为在温度为60-100℃条件下，真空干燥8-16h。
5.根据权利要求1所述的冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述惰性气氛为Ar或N2气氛。
6.根据权利要求1所述的冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述煅烧处理为以2-10℃/min的升温速率进行升温，升温至700-1200℃后，煅烧2-12h。
CN201510490380.6A 2015-08-11 2015-08-11 冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法 Active CN105185998B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510490380.6A CN105185998B (zh) 2015-08-11 2015-08-11 冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510490380.6A CN105185998B (zh) 2015-08-11 2015-08-11 冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105185998A CN105185998A (zh) 2015-12-23
CN105185998B true CN105185998B (zh) 2017-07-11

Family

ID=54907949

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510490380.6A Active CN105185998B (zh) 2015-08-11 2015-08-11 冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105185998B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105858636A (zh) * 2016-04-05 2016-08-17 陕西科技大学 松针叶衍生微纳结构硬碳材料的制备方法
CN105776182A (zh) * 2016-04-29 2016-07-20 陕西科技大学 一种中空管状生物碳的制备方法及应用
CN107973282B (zh) * 2017-10-31 2021-05-14 华南理工大学 一种碳材料及其制备方法与应用于电催化生产双氧水
CN114988405B (zh) * 2022-05-23 2023-12-29 海南师范大学 一种苦丁茶生物多孔碳材料的制备方法及应用
CN117049505B (zh) * 2023-08-11 2024-08-06 桂林理工大学 硬炭负极材料的制备方法及硬炭负极材料、钠离子电池
CN117049506A (zh) * 2023-08-16 2023-11-14 昆明理工大学 一种褐煤衍生碳的制备方法及褐煤衍生碳、钠离子电池

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10020493B2 (en) * 2012-10-05 2018-07-10 Ut-Battelle, Llc Coating compositions for electrode compositions and their methods of making
JP6083556B2 (ja) * 2012-10-24 2017-02-22 国立研究開発法人産業技術総合研究所 ナトリウムイオン二次電池用正極活物質
CN103531764B (zh) * 2013-10-29 2015-07-22 福州大学 一种钠离子电池正极材料球状铵钒氧化物及其制备方法
CN103682320B (zh) * 2013-12-26 2015-09-30 齐鲁工业大学 一种钠离子电池正极材料的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105185998A (zh) 2015-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105185998B (zh) 冬青衍生碳作为钠离子电池负极材料的制备方法
CN106033813B (zh) 一种以海藻酸钠作为碳源制备钠离子电池负极材料的方法
CN106328890B (zh) 一种碳柱撑MXene复合材料及其应用
CN104701498B (zh) 一种生物碳/钒酸铵锂离子电池正极材料的制备方法
CN104022268A (zh) 一种锂离子电池用氧化锌/石墨烯复合材料的制备方法
CN105489866B (zh) 一种锂离子电池及其负极复合材料和制备方法
CN105719849B (zh) 一种形貌可控的石墨烯/Co(OH)2复合材料的制备方法
CN107792878B (zh) 一种分等级结构二氧化钛（b）的制备方法及其在锂离子电池中的应用
CN107359328A (zh) 一种锂离子电池用葡萄状氧化铌/碳复合电极材料的制备方法
CN106784704A (zh) 一种氮掺杂生物炭碳负极材料的制备方法
CN104900869A (zh) 碳包覆镍钴铝三元正极材料的制备方法
CN109286015A (zh) 一种空心多孔TiO2纳米立方体材料的制备方法及其应用
CN106711443B (zh) 一种梭形钴酸锰材料及其制备和应用
CN109216685A (zh) 稻谷壳制备锂离子电池硅-碳负极材料的熔盐电化学方法
CN106025202A (zh) 一种硅-石墨烯复合导电浆料的制备方法
CN109192937A (zh) 一种硅碳负极材料的制备方法
CN104495787A (zh) 锂离子电池负极材料纳米碳的制备方法
CN106025269A (zh) 六氟铁酸锂与碳纳米管复合材料的制备方法
CN107026263A (zh) 海胆状硫化铋/大孔石墨烯复合材料、制备方法及其应用
CN104466147A (zh) 碳原位复合二氧化钛锂离子电池负极体材料的制备方法
CN103107307A (zh) 一种水溶液锂离子电池负极材料及其制备方法
CN105858636A (zh) 松针叶衍生微纳结构硬碳材料的制备方法
CN101814598A (zh) 一种新型的动力锂离子电池二氧化钛负极材料及其制备方法
CN104332626A (zh) 负极材料锰钴氧/聚3,4-乙撑二氧噻吩的制备方法
CN103971947A (zh) 石墨烯-离子液体复合材料及超级电容器的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant