CN109713304A - 一种土豆皮衍生的钠离子电池碳负极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种土豆皮衍生的钠离子电池碳负极材料的制备方法，其制备方法包括以下步骤：将土豆皮用去离子水和无水乙醇洗涤数次，然后在一定温度下真空干燥过夜，得到干燥后的土豆皮前驱体；将一定量的土豆皮前驱体放入管式炉中，在500～700℃惰性气体保护下煅烧2~10 h，得到衍生的固体产物；再将固体产物在20% KOH中一定温度下洗2 h，并在一定温度下用2 M HCl洗5~15 h以去除残留的杂质，再用去离子水进一步冲洗后，通过过滤收集样品，将收集的样品在一定温度下真空干燥过夜，得到黑色的固体产物；最后将得到的黑色固体产物放入管式炉中，在200～400℃下空气气氛下活化3~6 h后研磨，然后使用上述的洗涤过程再次洗涤干燥，最终制得土豆皮衍生的碳材料。本发明选用土豆皮来制备钠离子电池碳负极材料，变废为宝、原料易得、制备工艺简单、大大降低了成本，并且制备出钠离子电池碳负极材料具有良好的循环稳定性，本发明为钠离子电池负极材料的制备提供了一种新思路。

Description

一种土豆皮衍生的钠离子电池碳负极材料的制备方法
技术领域
本发明属于钠离子电池电极材料的制备领域，涉及一种土豆皮衍生的钠离子电池碳负极材料及其制备方法。
背景技术
随着时代的发展，保护环境、节约资源、开发新能源已经成为时代主题。由此，迎来了锂离子电池的商业化，但是由锂资源的日益匮乏、分布不均等带来的锂离子电池成本不断上升的问题越来越突出。而钠的资源丰富、分布均匀，且与金属锂处于同一主族，具有相似的物理、化学性质，使得钠离子电池成为最有可能替代锂离子电池的产品。由此可见研究钠离子电池具有重大的社会意义。
目前传统制备钠离子电池碳负极材料的方法过程复杂、对环境不友好，与这个时代的主题并不契合，很难实现钠离子电池的商业化。本发明的方法，采用土豆皮作为碳源，变废为宝、原料易得、成本低、制备过程简单易行，为钠离子电池负极材料的制备提供了一种新思路。
发明内容
本发明的目的是为钠离子电池碳负极材料的制备提供新思路，本发明采用土豆皮作为碳源，其衍生的碳材料具有片层状的结构，其有利于钠离子的嵌入和脱出，从而提高钠离子电池的电化学性能。并且本发明变废为宝，进一步减少了钠离子电池的制作成本。
本发明所述土豆皮衍生的钠离子电池碳负极材料的制备方法，具体包括下列步骤：
（1）将土豆皮用去离子水和无水乙醇洗涤数次，然后在一定温度下真空干燥过夜，得到干燥后的土豆皮前驱体；
（2）将一定量的步骤（1）中得到的土豆皮前驱体放入管式炉中，在500～700℃惰性气体保护下煅烧2~10 h，得到衍生的固体产物；
（3）将步骤（2）中得到的固体产物在20% KOH中一定温度下洗2 h，并在一定温度下用2MHCl洗5~15 h以去除残留的杂质，再用去离子水进一步冲洗后，通过过滤收集样品，将收集的样品在一定温度下真空干燥过夜，得到黑色的固体产物；
（4）将步骤（3）中得到的黑色固体产物放入管式炉中，在200～400℃下空气气氛下活化3~6 h，将所得的样品研磨，然后使用步骤（3）所述的洗涤过程再次洗涤干燥，得到最终产物土豆皮衍生的碳材料。
优选的，所述步骤（1）中，用去离子水和无水乙醇洗涤次数各为三次，真空干燥的温度为100℃。
优选的，所述步骤（2）中，土豆皮前体的量为2～4 g，惰性气体为氮气或氩气，煅烧时的升温速率为2℃/min。
优选的，所述步骤（3）中，用20%KOH洗涤的温度为60～80℃，用2M HCl洗的温度为50～70℃，真空干燥过夜的温度为80℃。
本发明的有益效果在于：本发明变废为宝、原料来源广泛、成本低、对环境友好、制备工艺简单易行，利用该方法制备出来的钠离子电池碳负极材料具有很好的钠脱嵌能力，具有良好的电化学性能。
附图说明：
图1是实施例2中样品的SEM图谱。
图2是实施例2中钠离子电池碳负极材料的首周充放电曲线。
图3是实施例2中钠离子电池碳负极材料的循环性能曲线。
图4是实施案例2中钠离子电池碳负极材料的倍率性能曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，但是实施例不会构成对本发明的限制。
实施例1：
将土豆皮用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，然后在100℃下真空干燥过夜，得到干燥后的土豆皮前体；将2 g的土豆皮前体放入管式炉中，在500℃氩气保护气氛下煅烧2 h，得到衍生的固体产物；再将固体产物在20%KOH中60℃下洗2 h，并在50℃下用2M HCl洗15 h以去除残留的杂质，再用去离子水进一步冲洗后，通过过滤收集样品，将收集的样品在80℃下真空干燥过夜，得到黑色的固体产物；最后将得到的黑色固体产物放入管式炉中，在200℃下空气气氛下活化3 h，将所得的样品研磨，然后使用上述的过程再次洗涤干燥，得到最终产物土豆皮衍生的碳材料。钠离子电池碳负极材料在100 mA/g电流密度下首次放电容量为635.5 mAh/g。
实施例2：
将土豆皮用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，然后在100℃下真空干燥过夜，得到干燥后的土豆皮前体；将3 g的土豆皮前体放入管式炉中，在600℃氩气保护气氛下煅烧4 h，得到衍生的固体产物；再将固体产物在20%KOH中70℃下洗2 h，并在60℃下用2M HCl洗10 h以去除残留的杂质，再用去离子水进一步冲洗后，通过过滤收集样品，将收集的样品在80℃下真空干燥过夜，得到黑色的固体产物；最后将得到的黑色固体产物放入管式炉中，在300℃下空气气氛下活化4 h，将所得的样品研磨，然后使用上述的过程再次洗涤干燥，得到最终产物土豆皮衍生的碳材料。
图1是实施例2中获得的钠离子电池碳负极材料的SEM图谱，从中可以看出，所得的碳负极材料为片层状结构。
图2是实施例2中获得的钠离子电池碳负极材料的首周充放电曲线。从中可以看出，钠离子电池碳负极材料的首次放电容量为647 mAh/g。
图3是实施例2中获得的钠离子电池碳负极材料的循环性能曲线。从中可以看出，钠离子电池碳负极材料在100 mA/g电流密度下，循环200次后容量无明显衰减。
图4是实施例2中获得的钠离子电池碳负极材料的倍率性能曲线。从中可以看出，钠离子电池碳负极材料的倍率性能优异，在不同电流密度下的放电容量差异很小，在200mA/g电流密度下，可逆容量为167 mAh/g，并且在不同电流密度下循环后再回到200 mA/g电流密度下，容量依然可以回到160 mAh/g。
实施例3：
将土豆皮用去离子水和无水乙醇洗涤数次，然后在100℃下真空干燥过夜，得到干燥后的土豆皮前体；将4 g的土豆皮前体放入管式炉中，在700℃氩气保护气氛下煅烧8 h，得到衍生的固体产物；再将固体产物在20%KOH中80℃下洗2 h，并在70℃下用2M HCl洗5 h以去除残留的杂质，再用去离子水进一步冲洗后，通过过滤收集样品，将收集的样品在80℃下真空干燥过夜，得到黑色的固体产物；最后将得到的黑色固体产物放入管式炉中，在400℃下空气气氛下活化5 h，将所得的样品研磨，然后使用上述的过程再次洗涤干燥，得到最终产物土豆皮衍生的碳材料。钠离子电池碳负极材料在100 mA/g电流密度下首次放电容量为623.8 mAh/g。

Claims (4)

1.一种土豆皮衍生的钠离子电池碳负极材料的制备方法，其包括如下步骤：
（1）将土豆皮用去离子水和无水乙醇洗涤数次，然后在一定温度下真空干燥过夜，得到干燥后的土豆皮前驱体；
（2）将一定量的步骤（1）中得到的土豆皮前驱体放入管式炉中，在500～700℃惰性气体保护下煅烧2~10 h，得到衍生的固体产物；
（3）将步骤（2）中得到的固体产物在20% KOH中一定温度下洗2 h，并在一定温度下用2M HCl洗5~15 h以去除残留的杂质，再用去离子水进一步冲洗后，通过过滤收集样品，将收集的样品在一定温度下真空干燥过夜，得到黑色的固体产物；
（4）将步骤（3）中得到的黑色固体产物放入管式炉中，在200～400℃下空气气氛下活化3~6 h，将所得的样品研磨，然后使用步骤（3）所述的洗涤过程再次洗涤干燥，得到最终产物土豆皮衍生的碳材料。
2.根据权利要求1所述的土豆皮衍生的钠离子电池碳负极材料的制备方法，其特征在于步骤（1）所述用去离子水和无水乙醇洗涤次数各为三次，真空干燥的温度为100℃。
3.根据权利要求1所述的土豆皮衍生的钠离子电池碳负极材料的制备方法，其特征在于步骤（2）所述土豆皮前体的量为2～4 g，惰性气体为氮气或氩气，煅烧时的升温速率为2℃/min。
4.根据权利要求1所述的土豆皮衍生的钠离子电池碳负极材料的制备方法，其特征在于步骤（3）所述用20% KOH洗涤的温度为60～80℃，用2M HCl洗的温度为50～70℃，真空干燥过夜的温度为80℃。
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