CN106587048A - 利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法 - Google Patents

利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106587048A
CN106587048A CN201611205029.9A CN201611205029A CN106587048A CN 106587048 A CN106587048 A CN 106587048A CN 201611205029 A CN201611205029 A CN 201611205029A CN 106587048 A CN106587048 A CN 106587048A
Authority
CN
China
Prior art keywords
basellae rubrae
herba basellae
rubrae potato
ion battery
carbon
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.)
Granted
Application number
CN201611205029.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106587048B (zh
Inventor
米睿
付志兵
王朝阳
袁磊
刘淼
钟铭龙
杨曦
赵海波
杨帆
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.)
Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
Original Assignee
Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
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 Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics filed Critical Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
Priority to CN201611205029.9A priority Critical patent/CN106587048B/zh
Publication of CN106587048A publication Critical patent/CN106587048A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106587048B publication Critical patent/CN106587048B/zh
Expired - Fee Related 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
    • H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties
    • 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

Abstract

本发明公开了一种利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法，包括以下步骤：步骤一、将落葵薯分别用乙醇和去离子水清洗后，烘干；步骤二、将烘干后的落葵薯置于高温炉内碳化，得到落葵薯衍生碳；步骤三、将落葵薯衍生碳研磨成粉末，用10～100目的筛子过筛，获得颗粒均匀的落葵薯衍生碳粉末，即钠离子电池电极碳材料。本发明的制备方法具有操作简单易行，可重复性强，成本低，对环境无污染的特点。利用本方法制备的落葵薯衍生碳材料作为室温钠离子电池的负极材料，能够有效增大材料自身比表面积，提高电池容量，增强电池循环性能。

Description

利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法
技术领域
本发明属于电池电极材料领域，涉及一种钠离子电池电极碳材料，具体涉及一种利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法。
背景技术
锂离子电池虽然技术比较成熟，但是随其涉猎范围越来越广泛，特别是在电动汽车领域的大规模应用，我们不得不开始考虑锂离子电池的可持续发展问题。按照现在电动汽车的发展速度，全球的锂资源将无法有效满足动力锂离子电池的巨大需求，这会使原本稀缺的锂相关材料的价格进一步上涨，使电池成本持续升高，阻碍以电动汽车领域为代表的新能源产业的发展。由此，开发一种性能可媲美锂离子电池但同时价格低廉的储能技术迫在眉睫。
钠在地球中蕴藏量比锂要高4～5个数量级，因此，用钠代替锂能缓解锂的资源短缺问题。同时，不像锂有70％以上主要在南美洲，钠的分布在全球范围非常广泛，这就从商业的角度降低了资源垄断造成价格飙升的可能。由于钠与锂是同主族元素，具有相似的嵌入机理，使得在这两个体系中运用相似的化合物作为电极材料成为可能。但是由于钠离子的半径比锂大，其在电极材料中迁移缓慢，脱嵌过程复杂，导致可逆容量和倍率性能降低。目前，已提出多种可用于室温钠离子电池的正极材料，而在负极材料的研究中依然存在很多问题。
Fouletier等的研究结果表明，当石墨作为钠离子电池负极时电池容量仅为35mAh/g，这可能是因为NaC64的高阶嵌入化合物的生成取代了预想中的嵌入产物NaC6，这与锂离子嵌入石墨类负极后形成LiC6结构有很大不同。这可能是因为钠离子半径大，影响其在传统石墨类材料中的动力学、热力学过程，因此石墨不适合作为钠离子电池的负极材料。非石墨类的硬碳材料在之后研究中占据了主导地位，Alcántara研究小组系统研究了中间相碳微球作为钠离子电池负极的嵌入机理，随后他们将具有无定形和非多孔的炭黑作为负极材料，发现其可逆储钠容量可达200mAh/g。上述研究成果表明，钠离子电池负极材料的进展相对缓慢,挑战也最大。
落葵薯产于南美热带、亚热带地区，上世纪70年代作为观赏植物从东南亚引入我国，后由于人为管理不善以及落葵薯本身存活能力强等因素，在我国华南地区大规模分布。落葵薯生长快，缺乏病虫害的制约，使其在生长地区覆盖小乔木、灌木和草本植物，造成严重的生物入侵并由此引发水土流失等灾害。
本发明以价格低廉，存活力强且泛滥成灾的落葵薯为前驱体，通过简单的高温炭化以及碱活化的方式得到作为钠离子电池负极碳材料，并首次证实落葵薯衍生碳材料具有很高的可逆钠电比容量，可以当做钠离子电池负极材料使用。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法，包括以下步骤：
步骤一、将落葵薯分别用乙醇和去离子水清洗后，烘干；
步骤二、将烘干后的落葵薯置于高温炉内碳化，得到落葵薯衍生碳；
步骤三、将落葵薯衍生碳研磨成粉末，用10～100目的筛子过筛，获得颗粒均匀的落葵薯衍生碳粉末，即钠离子电池电极碳材料。
优选的是，所述步骤一中，烘干采用鼓风干燥箱，烘干的温度为50～100℃，时间为12-36小时；所述步骤二中碳化的升温速度为15-30℃/分钟，碳化时间为1-12小时，碳化温度为600-1000℃。
优选的是，所述步骤三之后还包括：步骤四、配制碱性溶液，将落葵薯衍生碳粉末加入碱性溶液中浸泡；然后将浸泡后的落葵薯衍生碳粉末真空干燥，得到碱处理后的落葵薯衍生碳；
步骤五、将碱处理后的落葵薯衍生碳置于管式炉中，在惰性气氛的保护下进行活化，反应结束后自然冷却至室温，得到碱活化落葵薯衍生碳；
步骤六、将碱活化落葵薯衍生碳酸洗至中性，然后分别用乙醇和去离子水清洗，烘干，得到钠离子电池电极碳材料。
优选的是，所述步骤四中，落葵薯衍生碳粉末与碱性溶液中溶质碱的质量比为1:0.1～5；所述落葵薯衍生碳粉末在碱性溶液中浸泡的时间为12-36h；所述碱性溶液为NaOH溶液、KOH溶液、尿素溶液中的一种；所述碱性溶液中溶质碱与溶剂去离子水的重量比为1：1；所述真空干燥箱的工作温度为60-130℃，工作时间为12-36h。
优选的是，将落葵薯衍生碳粉末加入碱性溶液中浸泡的过程替换为：将落葵薯衍生碳粉末用滤纸包裹，然后放入漏斗中，并将碱性溶液以50～100mL/min的速度循环注入到漏斗内，连续注入24～48小时，然后真空干燥，得到碱处理后的落葵薯衍生碳。
优选的是，所述步骤五中，活化的升温速度为5-30℃/分钟，活化时间为1-12小时，活化温度为600-1000℃；所述步骤六中，酸洗采用的酸为0.5～1mol/L的盐酸。
优选的是，所述活化的升温过程为：以5～10℃/min的速度升温至150～300℃，保温10～30min，然后以1～2℃/min的速度升温至400～600℃，保温3～5h，然后以5～20℃/min的速度升温至800～1000℃，保温2～3h，完成活化。
优选的是，所述碳化的过程为：将烘干后的落葵薯加入旋转碳化炉，碳化升温过程为：以5～10℃/min的速度升温至150～250℃，保温15～30min，然后以1～2℃/min的速度升温至400～600℃，保温1～2h，然后以15～30℃/min的速度升温至800～1000℃，保温2～3h，得到落葵薯衍生碳；所述碳化旋转炉的旋转速度为3～5r/min。
优选的是，所述步骤一和步骤二之间还包括以下过程：将烘干后的落葵薯粉碎，并用10～50目的筛子过筛，将过筛后的落葵薯粉末用电子束进行辐照，得到预处理落葵薯粉末；按重量份，在超临界反应装置中加入预处理落葵薯粉末20～25份、丙烯酸甲酯20～30份、丙烯酰胺15～20份、过硫酸铵0.02～0.1份、水150～200份，搅拌均匀，然后将体系密封，通入二氧化碳至10～20MPa、温度50～65℃下的条件下反应2～5小时，卸压，然后用乙醇沉淀，在70℃下真空干燥，得到反应粗产物，用索氏提取器将粗产物用丙酮洗提直至除去反应产生的均聚物，在75℃下真空干燥24小时，得到改性落葵薯粉末；所述电子束的能量为10～15MeV；所述电子束辐照的辐照剂量率为100～800kGy/h，辐照剂量为100～800kGy。
本发明还提供一种任一项上述的利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法得到的钠离子电池电极碳材料。
本发明至少包括以下有益效果：本发明的制备方法具有操作简单易行，可重复性强，成本低，对环境无污染的特点。利用本方法制备的落葵薯衍生碳材料作为室温钠离子电池的负极材料，能够有效增大材料自身比表面积，提高电池容量，增强电池循环性能。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
图1是本发明实施例1中制备的落葵薯衍生碳材料作为钠离子电池负极材料的充放电比容量图；
图2是本发明实施例1中制备的落葵薯衍生碳SEM图；
图3为实施例1中制备的落葵薯衍生碳XRD图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1：
一种利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法，包括以下步骤：
步骤一、将落葵薯分别用乙醇和去离子水清洗后，放置于鼓风干燥箱内60℃烘干24h；
步骤二、将烘干后的落葵薯放置于瓷舟内，用高温管式炉在惰性气氛保护下以30℃/min的升温速率升至800℃后保温碳化4h；
步骤三、将碳化后的落葵薯研磨成粉末后，用100目的筛子过筛，获得颗粒均匀的落葵薯衍生碳粉末，即钠离子电池电极碳材料；图3为实施例1中制备的落葵薯衍生碳XRD图。其中横坐标是角度，纵坐标是相对强度。由图1可看出在2θ为25°和45°附近有明显的石墨衍射峰。图2是本发明实施例1中制备的落葵薯衍生碳SEM图。由图2可看出落葵薯衍生碳具有复杂的空隙结构，且保留了原有的经脉结构，搭建出纯天然的三维电极材料。图1是本发明实施例1中制备的落葵薯衍生碳材料作为钠离子电池负极材料的充放电比容量图。由图1可看出落葵薯衍生碳材料首次放电比容量为387mAh/g，经过3次循环后，比容量稳定在223mAh/g附近，历经50次循环后比容量仍能保持在210mAh/g；这说明通过对制备过程的可控调节，成功获得了一种具有较好电化学性能的钠离子电池负极用落葵薯衍生碳材料。
实施例2：
一种利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法，包括以下步骤：
步骤一、将落葵薯分别用乙醇和去离子水清洗后，放置于鼓风干燥箱内60℃烘干24h；
步骤二、将烘干后的落葵薯放置于瓷舟内，用高温管式炉在惰性气氛保护下以15℃/min的升温速率升至750℃后保温碳化12h；
步骤三、将碳化后的落葵薯研磨成粉末后，用100目的筛子过筛，获得颗粒均匀的落葵薯衍生碳粉末，即钠离子电池电极碳材料。
实施例3：
一种利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法，包括以下步骤：
步骤一、将落葵薯分别用乙醇和去离子水清洗后，放置于鼓风干燥箱内60℃烘干24h；
步骤二、将烘干后的落葵薯放置于瓷舟内，用高温管式炉在惰性气氛保护下以20℃/min的升温速率升至850℃后保温碳化3h；
步骤三、将碳化后的落葵薯研磨成粉末后，用100目的筛子过筛，获得颗粒均匀的落葵薯衍生碳粉末，即钠离子电池电极碳材料。
实施例4：
一种利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法，包括以下步骤：
步骤一、将落葵薯分别用乙醇和去离子水清洗后，放置于鼓风干燥箱内60℃烘干24h；
步骤二、将烘干后的落葵薯放置于瓷舟内，用高温管式炉在惰性气氛保护下以25℃/min的升温速率升至800℃后保温碳化3h；
步骤三、将碳化后的落葵薯研磨成粉末后，用100目的筛子过筛，获得颗粒均匀的落葵薯衍生碳粉末，即钠离子电池电极碳材料。
实施例5：
一种利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法，包括以下步骤：
步骤一、将落葵薯分别用乙醇和去离子水清洗后，放置于鼓风干燥箱内80℃烘干36h；
步骤二、将烘干后的落葵薯放置于瓷舟内，用高温管式炉在惰性气氛保护下以15℃/min的升温速率升至1000℃后保温碳化12h；
步骤三、将碳化后的落葵薯研磨成粉末后，用80目的筛子过筛，获得颗粒均匀的落葵薯衍生碳粉末，即钠离子电池电极碳材料。
实施例6：
一种利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法，包括以下步骤：
步骤一、将落葵薯分别用乙醇和去离子水清洗后，放置于鼓风干燥箱内100℃烘干24h；
步骤二、将烘干后的落葵薯放置于瓷舟内，用高温管式炉在惰性气氛保护下以25℃/min的升温速率升至900℃后保温碳化8h；
步骤三、将碳化后的落葵薯研磨成粉末后，用50目的筛子过筛，获得颗粒均匀的落葵薯衍生碳粉末，即钠离子电池电极碳材料。
实施例7：
所述步骤三之后还包括：步骤四、按KOH与去离子水的重量比为1：1配制KOH溶液，将落葵薯衍生碳粉末加入KOH溶液中浸泡12h后，在真空烘箱里用60℃烘干12h，得到碱处理后的落葵薯衍生碳；所述落葵薯衍生碳粉末与KOH的重量比为1:0.1；
步骤五、将碱处理后的落葵薯衍生碳置于管式炉中，在惰性气氛的保护下以5℃/min的升温速率升至600℃后保温活化1h，反应结束后待自然冷却至室温，获得碱活化落葵薯衍生碳；
步骤六、将碱活化落葵薯衍生碳用0.5mol/L盐酸酸洗至接近中性后，用酒精和50℃去离子水将样品洗去杂质，将样品放置于鼓风干燥箱内60℃烘干24h，得到钠离子电池电极碳材料。
其余参数与实施例1中的完全相同，工艺过程也完全相同；该钠离子电池电极碳材料首次放电比容量为400mAh/g，经过3次循环后，比容量稳定在240mAh/g附近，历经50次循环后比容量仍能保持在230mAh/g。
实施例8：
所述步骤三之后还包括：步骤四、按KOH与去离子水的重量比为1：1配制KOH溶液，将落葵薯衍生碳粉末加入KOH溶液中浸泡36h后，在真空烘箱里用130℃烘干36h，得到碱处理后的落葵薯衍生碳；所述落葵薯衍生碳粉末与KOH的重量比为1:5；
步骤五、将碱处理后的落葵薯衍生碳置于管式炉中，在惰性气氛的保护下以30℃/min的升温速率升至1000℃后保温活化12h，反应结束后待自然冷却至室温，获得碱活化落葵薯衍生碳；
步骤六、将碱活化落葵薯衍生碳用1mol/L盐酸酸洗至接近中性后，用酒精和50℃去离子水将样品洗去杂质，将样品放置于鼓风干燥箱内60℃烘干24h，得到钠离子电池电极碳材料。
其余参数与实施例1中的完全相同，工艺过程也完全相同。该钠离子电池电极碳材料首次放电比容量为395mAh/g，经过3次循环后，比容量稳定在238mAh/g附近，历经50次循环后比容量仍能保持在227mAh/g。
实施例9：
所述步骤三之后还包括：步骤四、按KOH与去离子水的重量比为1：1配制KOH溶液，将落葵薯衍生碳粉末加入KOH溶液中浸泡36h后，在真空烘箱里用80℃烘干24h，得到碱处理后的落葵薯衍生碳；所述落葵薯衍生碳粉末与KOH的重量比为1:2；
步骤五、将碱处理后的落葵薯衍生碳置于管式炉中，在惰性气氛的保护下以25℃/min的升温速率升至800℃后保温活化8h，反应结束后待自然冷却至室温，获得碱活化落葵薯衍生碳；
步骤六、将碱活化落葵薯衍生碳用0.8mol/L盐酸酸洗至接近中性后，用酒精和50℃去离子水将样品洗去杂质，将样品放置于鼓风干燥箱内60℃烘干24h，得到钠离子电池电极碳材料。
其余参数与实施例1中的完全相同，工艺过程也完全相同。该钠离子电池电极碳材料首次放电比容量为412mAh/g，经过3次循环后，比容量稳定在255mAh/g附近，历经50次循环后比容量仍能保持在244mAh/g。
实施例10：
将落葵薯衍生碳粉末加入KOH溶液中浸泡的过程替换为：将落葵薯衍生碳粉末用滤纸包裹，然后放入漏斗中，并将KOH溶液以50mL/min的速度循环注入到漏斗内，连续注入24小时，然后在真空烘箱里用80℃烘干24h，得到碱处理后的落葵薯衍生碳；
其余参数与实施例9中的完全相同，工艺过程也完全相同。该钠离子电池电极碳材料首次放电比容量为418mAh/g，经过3次循环后，比容量稳定在252mAh/g附近，历经50次循环后比容量仍能保持在245mAh/g。
实施例11：
将将落葵薯衍生碳粉末加入KOH溶液中浸泡的过程替换为：将落葵薯衍生碳粉末用滤纸包裹，然后放入漏斗中，并将KOH溶液以100mL/min的速度循环注入到漏斗内，连续注入48小时，然后在真空烘箱里用80℃烘干24h，得到碱处理后的落葵薯衍生碳；
其余参数与实施例9中的完全相同，工艺过程也完全相同。该钠离子电池电极碳材料首次放电比容量为415mAh/g，经过3次循环后，比容量稳定在255mAh/g附近，历经50次循环后比容量仍能保持在248mAh/g。
实施例12：
将落葵薯衍生碳粉末加入KOH溶液中浸泡的过程替换为：将落葵薯衍生碳粉末用滤纸包裹，然后放入漏斗中，并将KOH溶液以80mL/min的速度循环注入到漏斗内，连续注入36小时，然后在真空烘箱里用80℃烘干24h，得到碱处理后的落葵薯衍生碳；
其余参数与实施例9中的完全相同，工艺过程也完全相同。该钠离子电池电极碳材料首次放电比容量为419mAh/g，经过3次循环后，比容量稳定在257mAh/g附近，历经50次循环后比容量仍能保持在249mAh/g。
实施例13：
将所述活化的升温过程替换为：以5℃/min的速度升温至150℃，保温10min，然后以1℃/min的速度升温至400℃，保温3h，然后以5℃/min的速度升温至800℃，保温2h，完成活化；
其余参数与实施例9中的完全相同，工艺过程也完全相同。该钠离子电池电极碳材料首次放电比容量为418mAh/g，经过3次循环后，比容量稳定在258mAh/g附近，历经50次循环后比容量仍能保持在250mAh/g。
实施例14：
将所述活化的升温过程替换为：以10℃/min的速度升温至300℃，保温30min，然后以2℃/min的速度升温至600℃，保温5h，然后以20℃/min的速度升温至1000℃，保温3h，完成活化；
其余参数与实施例9中的完全相同，工艺过程也完全相同。该钠离子电池电极碳材料首次放电比容量为420mAh/g，经过3次循环后，比容量稳定在260mAh/g附近，历经50次循环后比容量仍能保持在250mAh/g。
实施例15：
将所述活化的升温过程替换为：以6℃/min的速度升温至200℃，保温20min，然后以1.5℃/min的速度升温至500℃，保温4h，然后以10℃/min的速度升温至800℃，保温2.5h，完成活化；
其余参数与实施例9中的完全相同，工艺过程也完全相同。该钠离子电池电极碳材料首次放电比容量为421mAh/g，经过3次循环后，比容量稳定在261mAh/g附近，历经50次循环后比容量仍能保持在252mAh/g。
实施例16：
所述步骤二的碳化过程替换为：将烘干后的落葵薯加入旋转碳化炉，惰性气体保护下，碳化升温过程为：以5℃/min的速度升温至150℃，保温15min，然后以1℃/min的速度升温至400℃，保温1h，然后以15℃/min的速度升温至800℃，保温2h，得到落葵薯衍生碳；所述碳化旋转炉的旋转速度为3r/min。
其余参数与实施例1中的完全相同，工艺过程也完全相同。该钠离子电池电极碳材料首次放电比容量为400mAh/g，经过3次循环后，比容量稳定在235mAh/g附近，历经50次循环后比容量仍能保持在224mAh/g。
实施例17：
所述步骤二的碳化过程替换为：将烘干后的落葵薯加入旋转碳化炉，惰性气体保护下，碳化升温过程为：以10℃/min的速度升温至250℃，保温30min，然后以2℃/min的速度升温至600℃，保温2h，然后以30℃/min的速度升温至1000℃，保温3h，得到落葵薯衍生碳；所述碳化旋转炉的旋转速度为5r/min。
其余参数与实施例1中的完全相同，工艺过程也完全相同。该钠离子电池电极碳材料首次放电比容量为402mAh/g，经过3次循环后，比容量稳定在236mAh/g附近，历经50次循环后比容量仍能保持在226mAh/g。
实施例18：
所述步骤二的碳化过程替换为：将烘干后的落葵薯加入旋转碳化炉，惰性气体保护下，碳化升温过程为：以6℃/min的速度升温至200℃，保温20min，然后以1.5℃/min的速度升温至500℃，保温1.5h，然后以20℃/min的速度升温至900℃，保温2.5h，得到落葵薯衍生碳；所述碳化旋转炉的旋转速度为4r/min。
其余参数与实施例1中的完全相同，工艺过程也完全相同。该钠离子电池电极碳材料首次放电比容量为405mAh/g，经过3次循环后，比容量稳定在238mAh/g附近，历经50次循环后比容量仍能保持在228mAh/g。
实施例19：
在所述步骤一和步骤二之间还包括以下过程：将烘干后的落葵薯粉碎，并用10目的筛子过筛，将过筛后的落葵薯粉末用电子束进行辐照，得到预处理落葵薯粉末；按重量份，在超临界反应装置中加入预处理落葵薯粉末20份、丙烯酸甲酯20份、丙烯酰胺15份、过硫酸铵0.02份、水150份，搅拌均匀，然后将体系密封，通入二氧化碳至10MPa、温度50℃下的条件下反应2小时，卸压，然后用乙醇沉淀，在70℃下真空干燥，得到反应粗产物，用索氏提取器将粗产物用丙酮洗提直至除去反应产生的均聚物，在75℃下真空干燥24小时，得到改性落葵薯粉末；所述电子束的能量为10MeV；所述电子束辐照的辐照剂量率为100kGy/h，辐照剂量为100kGy；
其余参数与实施例1中的完全相同，工艺过程也完全相同。该钠离子电池电极碳材料首次放电比容量为412mAh/g，经过3次循环后，比容量稳定在245mAh/g附近，历经50次循环后比容量仍能保持在234mAh/g。
实施例20：
在所述步骤一和步骤二之间还包括以下过程：将烘干后的落葵薯粉碎，并用50目的筛子过筛，将过筛后的落葵薯粉末用电子束进行辐照，得到预处理落葵薯粉末；按重量份，在超临界反应装置中加入预处理落葵薯粉末25份、丙烯酸甲酯30份、丙烯酰胺20份、过硫酸铵0.1份、水200份，搅拌均匀，然后将体系密封，通入二氧化碳至20MPa、温度65℃下的条件下反应5小时，卸压，然后用乙醇沉淀，在70℃下真空干燥，得到反应粗产物，用索氏提取器将粗产物用丙酮洗提直至除去反应产生的均聚物，在75℃下真空干燥24小时，得到改性落葵薯粉末；所述电子束的能量为15MeV；所述电子束辐照的辐照剂量率为800kGy/h，辐照剂量为800kGy；
其余参数与实施例1中的完全相同，工艺过程也完全相同。该钠离子电池电极碳材料首次放电比容量为415mAh/g，经过3次循环后，比容量稳定在248mAh/g附近，历经50次循环后比容量仍能保持在235mAh/g。
实施例21：
在所述步骤一和步骤二之间还包括以下过程：将烘干后的落葵薯粉碎，并用20目的筛子过筛，将过筛后的落葵薯粉末用电子束进行辐照，得到预处理落葵薯粉末；按重量份，在超临界反应装置中加入预处理落葵薯粉末22份、丙烯酸甲酯25份、丙烯酰胺16份、过硫酸铵0.05份、水180份，搅拌均匀，然后将体系密封，通入二氧化碳至15MPa、温度60℃下的条件下反应4小时，卸压，然后用乙醇沉淀，在70℃下真空干燥，得到反应粗产物，用索氏提取器将粗产物用丙酮洗提直至除去反应产生的均聚物，在75℃下真空干燥24小时，得到改性落葵薯粉末；所述电子束的能量为12MeV；所述电子束辐照的辐照剂量率为100kGy/h，辐照剂量为600kGy；
其余参数与实施例1中的完全相同，工艺过程也完全相同。该钠离子电池电极碳材料首次放电比容量为418mAh/g，经过3次循环后，比容量稳定在250mAh/g附近，历经50次循环后比容量仍能保持在238mAh/g。
实施例22：
由实施例9的过程和实施例21的过程一起组合试验，得到钠离子电池电极碳材料。该钠离子电池电极碳材料首次放电比容量为425mAh/g，经过3次循环后，比容量稳定在255mAh/g附近，历经50次循环后比容量仍能保持在246mAh/g。
实施例23：
由实施例12的过程和实施例21的过程一起组合试验，得到钠离子电池电极碳材料。该钠离子电池电极碳材料首次放电比容量为430mAh/g，经过3次循环后，比容量稳定在260mAh/g附近，历经50次循环后比容量仍能保持在250mAh/g。
实施例24：
由实施例15的过程和实施例21的过程一起组合试验，得到钠离子电池电极碳材料。该钠离子电池电极碳材料首次放电比容量为428mAh/g，经过3次循环后，比容量稳定在258mAh/g附近，历经50次循环后比容量仍能保持在249mAh/g。
实施例25：
由实施例9、实施例18的过程和实施例21的过程一起组合试验，得到钠离子电池电极碳材料。该钠离子电池电极碳材料首次放电比容量为431mAh/g，经过3次循环后，比容量稳定在262mAh/g附近，历经50次循环后比容量仍能保持在253mAh/g。
实施例26：
由实施例15、实施例18的过程和实施例21的过程一起组合试验，得到钠离子电池电极碳材料。该钠离子电池电极碳材料首次放电比容量为438mAh/g，经过3次循环后，比容量稳定在265mAh/g附近，历经50次循环后比容量仍能保持在256mAh/g。
实施例27：
由实施例12、实施例15、实施例18的过程和实施例21的过程一起组合试验，得到钠离子电池电极碳材料。该钠离子电池电极碳材料首次放电比容量为445mAh/g，经过3次循环后，比容量稳定在285mAh/g附近，历经50次循环后比容量仍能保持在275mAh/g。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将落葵薯分别用乙醇和去离子水清洗后，烘干；
步骤二、将烘干后的落葵薯置于高温炉内碳化，得到落葵薯衍生碳；
步骤三、将落葵薯衍生碳研磨成粉末，用10～100目的筛子过筛，获得颗粒均匀的落葵薯衍生碳粉末，即钠离子电池电极碳材料。
2.如权利要求1所述的利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法，其特征在于，所述步骤一中，烘干采用鼓风干燥箱，烘干的温度为50～100℃，时间为12-36小时；所述步骤二中碳化的升温速度为15-30℃/分钟，碳化时间为1-12小时，碳化温度为600-1000℃。
3.如权利要求1所述的利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法，其特征在于，所述步骤三之后还包括：步骤四、配制碱性溶液，将落葵薯衍生碳粉末加入碱性溶液中浸泡；然后将浸泡后的落葵薯衍生碳粉末真空干燥，得到碱处理后的落葵薯衍生碳；
步骤五、将碱处理后的落葵薯衍生碳置于管式炉中，在惰性气氛的保护下进行活化，反应结束后自然冷却至室温，得到碱活化落葵薯衍生碳；
步骤六、将碱活化落葵薯衍生碳酸洗至中性，然后分别用乙醇和去离子水清洗，烘干，得到钠离子电池电极碳材料。
4.如权利要求3所述的利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法，其特征在于，所述步骤四中，落葵薯衍生碳粉末与碱性溶液中溶质碱的质量比为1:0.1～5；所述落葵薯衍生碳粉末在碱性溶液中浸泡的时间为12-36h；所述碱性溶液为NaOH溶液、KOH溶液、尿素溶液中的一种；所述碱性溶液中溶质碱与溶剂去离子水的重量比为1：1；所述真空干燥箱的工作温度为60-130℃，工作时间为12-36h。
5.如权利要求3所述的利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法，其特征在于，将落葵薯衍生碳粉末加入碱性溶液中浸泡的过程替换为：将落葵薯衍生碳粉末用滤纸包裹，然后放入漏斗中，并将碱性溶液以50～100mL/min的速度循环注入到漏斗内，连续注入24～48小时，然后真空干燥，得到碱处理后的落葵薯衍生碳。
6.如权利要求3所述的利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法，其特征在于，所述步骤五中，活化的升温速度为5-30℃/分钟，活化时间为1-12小时，活化温度为600-1000℃；所述步骤六中，酸洗采用的酸为0.5～1mol/L的盐酸。
7.如权利要求3所述的利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法，其特征在于，所述活化的升温过程为：以5～10℃/min的速度升温至150～300℃，保温10～30min，然后以1～2℃/min的速度升温至400～600℃，保温3～5h，然后以5～20℃/min的速度升温至800～1000℃，保温2～3h，完成活化。
8.如权利要求1所述的利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法，其特征在于，所述碳化的过程为：将烘干后的落葵薯加入旋转碳化炉，碳化升温过程为：以5～10℃/min的速度升温至150～250℃，保温15～30min，然后以1～2℃/min的速度升温至400～600℃，保温1～2h，然后以15～30℃/min的速度升温至800～1000℃，保温2～3h，得到落葵薯衍生碳；所述碳化旋转炉的旋转速度为3～5r/min。
9.如权利要求1所述的利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法，其特征在于，所述步骤一和步骤二之间还包括以下过程：将烘干后的落葵薯粉碎，并用10～50目的筛子过筛，将过筛后的落葵薯粉末用电子束进行辐照，得到预处理落葵薯粉末；按重量份，在超临界反应装置中加入预处理落葵薯粉末20～25份、丙烯酸甲酯20～30份、丙烯酰胺15～20份、过硫酸铵0.02～0.1份、水150～200份，搅拌均匀，然后将体系密封，通入二氧化碳至10～20MPa、温度50～65℃下的条件下反应2～5小时，卸压，然后用乙醇沉淀，在70℃下真空干燥，得到反应粗产物，用索氏提取器将粗产物用丙酮洗提直至除去反应产生的均聚物，在75℃下真空干燥24小时，得到改性落葵薯粉末；所述电子束的能量为10～15MeV；所述电子束辐照的辐照剂量率为100～800kGy/h，辐照剂量为100～800kGy。
10.一种如权利要求1～9任一项所述的利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法得到的钠离子电池电极碳材料。
CN201611205029.9A 2016-12-23 2016-12-23 利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法 Expired - Fee Related CN106587048B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611205029.9A CN106587048B (zh) 2016-12-23 2016-12-23 利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611205029.9A CN106587048B (zh) 2016-12-23 2016-12-23 利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106587048A true CN106587048A (zh) 2017-04-26
CN106587048B CN106587048B (zh) 2019-01-18

Family

ID=58603322

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611205029.9A Expired - Fee Related CN106587048B (zh) 2016-12-23 2016-12-23 利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106587048B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107601501A (zh) * 2017-10-23 2018-01-19 桂林理工大学 一种生物质基多孔碳的制备方法及其应用
CN107634223A (zh) * 2017-08-09 2018-01-26 昆明理工大学 一种钠离子电池碳负极材料的制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103396857A (zh) * 2013-06-25 2013-11-20 雷学军 速生植物种植与综合利用替代化石能源的装置和方法
CN103497774A (zh) * 2013-09-30 2014-01-08 贵州省黎平县侗乡米业有限公司 一种利用落葵薯生产环保机制炭联产木焦油和沼气的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103396857A (zh) * 2013-06-25 2013-11-20 雷学军 速生植物种植与综合利用替代化石能源的装置和方法
CN103497774A (zh) * 2013-09-30 2014-01-08 贵州省黎平县侗乡米业有限公司 一种利用落葵薯生产环保机制炭联产木焦油和沼气的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
华丽等: "多孔碳钠电池负极材料制备及电化学性能研究", 《湖北第二师范学院学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107634223A (zh) * 2017-08-09 2018-01-26 昆明理工大学 一种钠离子电池碳负极材料的制备方法
CN107601501A (zh) * 2017-10-23 2018-01-19 桂林理工大学 一种生物质基多孔碳的制备方法及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN106587048B (zh) 2019-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106744934B (zh) 利用竹子制备钠离子电池电极碳材料的方法
CN109817933B (zh) 一种碳基复合氰胺化铁材料及其制备方法和采用其作为负极材料的钠离子电池
CN1279635C (zh) 一种改性石墨的制备方法
CN104362315B (zh) 一种锂离子电池硅碳复合负极材料低成本制备方法
CN107275587B (zh) 一种锂离子硅碳复合负极材料及其制备方法
CN104868109B (zh) 一种二氧化锡/多孔碳复合的锂离子电池负极材料
CN109755482A (zh) 硅/碳复合材料及其制备方法
CN109742399A (zh) 一种钠离子电池负极材料及其制备方法
CN115259132B (zh) 一种超高首效硬炭负极材料的制备方法及应用
CN102790204B (zh) 一种硅碳锂离子电池负极材料的制备方法
CN110098407A (zh) 碳基储钠负极材料、其应用及制备方法
CN108862235A (zh) 一种可用于钠离子电池负极的纤维状中空硬碳材料及其制备方法
CN108166103A (zh) 一种利用几丁质为碳源制备氮掺杂非晶碳纳米纤维的工艺及其在能源储存中的应用
CN102683661B (zh) 一种锂离子电池硬炭负极材料的制备方法
CN114044513A (zh) 功率型锂离子电池用煤基石墨/碳复合负极材料的制备方法
CN106587048A (zh) 利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法
CN102142553B (zh) 一种具有纳米/微米结构的锡钴碳复合材料及制备方法
CN109713304A (zh) 一种土豆皮衍生的钠离子电池碳负极材料的制备方法
CN107665972B (zh) 一种高性能钾离子电池负极材料的Sn@C材料制备方法
CN103579603A (zh) 一种改性锂离子电池负极材料钛酸锂的制备方法
CN106744800B (zh) 利用花生壳制备钠离子电池电极碳材料的方法
CN113044840A (zh) 一种活性炭负载钼和氮双掺杂碳纳米片阵列复合材料及其制备方法和应用
CN104701531B (zh) 原位碳包覆六边形K0.7[Fe0.5Mn0.5]O2纳米材料及其制备方法和应用
CN105702934B (zh) 一种钠离子电池负极用SnO/导电石墨/导电炭黑电极材料的制备方法
CN116553514A (zh) 一种椰壳基硬碳材料的制备方法、钠离子电池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190118

Termination date: 20211223

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee