CN111302326A - 一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料，包括以下组分及其质量百分数的原料：碳源75～99%、氮源1～25%；其中：所述碳源为葡萄糖、淀粉、蔗糖、柠檬酸、沥青、酚醛树脂或豆粕；所述氮源为尿素、三聚氰胺、双氰胺、乙二胺或多巴胺。本发明还涉及一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料的制备方法，包括液相混合、冷冻干燥、研磨、高温碳化和水洗、干燥步骤。本发明材料可以很好地提升铅碳电池的循环使用寿命，增强其各方面的电化学性能，具有广阔的应用前景。

Description

一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料及其制备方法
技术领域
本发明属于化学电源技术领域，具体涉及到一种氮掺杂分级多孔碳材料及其制备方法。
背景技术
在过去的一百多年，铅酸蓄电池因具有原料易得、价格低廉、安全性能好、回收率高等优点，应用十分广泛，占据着储能领域的半壁江山，但也因为它的一些缺点，如在高倍率部分荷电状态（HRPSoC）下不可逆的硫酸盐化、负极活性物质利用率比较低、比表面积小、快速充放电困难，能量密度低等，使得电池的循环寿命大大降低；市场不断提升的高要求慢慢地限制了它的使用范围，使其逐渐落后于其它发展兴起的高性能储能器件锂离子电池。因此，铅碳电池孕育而生，铅碳电池技术最早由澳大利亚科学家提出，到日本的古河开始研究，到美国开始重视，再到中国开始研究，现在已经有十多年了。铅碳电池是一种将传统铅酸蓄电池和超级电容器两者合一的新型铅酸蓄电池:既发挥了超级电容器充电速度快和大电流放电能力强的优点，也发挥了铅酸蓄电池的比能量优势，使得铅碳电池拥有非常好的充放电性能，而且由于加入了碳材料，阻止了负极硫酸盐化现象，改善了过去电池失效的一个因素，更加延长了电池的使用寿命。但同时也面临着另外一个问题：加入的碳材料析氢过电位都比较低，会使负极发生比较严重的析氢反应从而导致电解液的水损耗，最终电池失效。
目前国内外对铅碳电池负极所使用的碳材料都有所研究，大致可以分为以下几类：1.零维的碳材料，如活性炭、碳黑等；2.一维的碳材料，如碳纳米管、碳纳米纤维等；3.二维的碳材料，如石墨烯纳米片等；4.三维的碳材料，如各种多孔碳材料等。其中三维的多孔碳材料作为铅碳电池负极的添加剂在近几年研究得比较多，研究者们还通过各种改性手段如氮掺杂，进一步提升材料的使用性能。如申请号201710877324.7的“掺杂剑麻纤维基多孔炭电极材料的制备方法及其应用”专利，公开的制备方法是：以剑麻纤维为碳源，通过加入咔唑化合物的形式掺杂氮元素,制备掺杂剑麻纤维基多孔炭材料。该专利的主要缺点是：1.对剑麻纤维的前期处理较为繁琐和复杂，需要以下两个步骤：（1）用剪刀将剑麻纤维剪成1厘米左右，将配制好的质量百分比浓度为5%的氢氧化钠溶液倒入剑麻纤维中浸泡24小时，再用配制好的质量百分比浓度为5%的磷酸溶液浸泡24小时；浸泡完后，从中捞出剑麻纤维，放入烘箱中干燥8小时，温度为90℃；（2）将步骤（1）所得剑麻纤维放入密封式研磨机中进行研磨，研磨成300～400目的剑麻纤维粉末；2.能源消耗大，需要进行两次管式炉的高温炭化处理。因此该发明对原料的前期处理复杂，能源消耗大，不适于工业化生产。又如申请号201610844339.9的“一种基于ZIF-8沸石咪唑酯骨架多孔碳纳米材料的铅碳电池负极的制备方法”专利，公开的制备方法是：以锌为金属离子，2-甲基咪唑为有机配体合成的金属有机骨架材料在保护气氛下退火制得的具有纳米结构多孔碳材料。该专利的主要缺点是：1.制备ZIF-8沸石咪唑酯骨架材料的流程较为繁琐和复杂，耗时长，具体的制备过程如下：磁力搅拌条件下，将金属硝酸盐Zn(NO3)2·6H2O溶于无水甲醇中，形成无色澄清溶液A；将有机配体2-甲基咪唑溶于上述溶液形成澄清溶液B，澄清溶液B继续磁力搅拌至变浑浊形成乳浊液，金属硝酸盐Zn(NO3)2·6H2O与有机配体2-甲基咪唑的质量比为(6～9)：(8～11)；将制得的乳浊液陈化12～36h，离心并且洗涤2～4次得到白色膏状物；将制得的白色膏状物于50～70℃的鼓风干燥箱中干燥6～12h，并且在90～120℃的真空干燥箱中干燥5～8h，制得ZIF-8沸石咪唑酯骨架材料；2.后期需要使用到HCl或HF酸性洗涤液，除去可能存在的金属Zn残留，其中离心过后产出的酸性洗涤废液将会对环境造成一定的负担，而且废液的后期处理也需要一定的成本和能耗。因此该发明专利的材料制备流程繁琐复杂，后期会面临大量酸废液的处理，增加成本和能耗，对环境不友好，不利于实现材料的规模化生产和应用。
发明内容
针对现如今铅碳电池负极所用碳材料逐渐趋于三维多孔结构的发展趋势，以及现有制备多孔碳材料技术的不足之处，本发明提出了一种可调控孔结构的氮掺杂分级多孔碳材料及其制备方法。
实现本发明目的的技术方案是：
一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料，包括以下组分及其质量百分数的原料：碳源75～99%、氮源1～25%；
所述碳源为葡萄糖、淀粉、蔗糖、柠檬酸、沥青、酚醛树脂或豆粕；
所述氮源为尿素、三聚氰胺、双氰胺、乙二胺或多巴胺。
优选的，制备氮掺杂分级多孔碳材料所需的可溶性盐模板的组分及其质量百分数为：
（1）单盐模板：以一种可溶性盐为模板，所述可溶性盐为XCl、X2CO3或X2SiO3；
（2）双盐模板：以两种可溶性盐为模板，所述可溶性盐为XCl和X2CO3、XCl和X2SiO3、X2CO3和X2SiO3；
质量百分数为：XCl50～99%和X2CO31～50%；XCl50～99% 和X2SiO31～50% ；X2CO350～99%和X2SiO31～50%；
（3）三盐模板：以三种可溶性盐为模板，所述可溶性盐为XCl、X2CO3和X2SiO3；质量百分数为XCl 34～98%、X2CO31～33%、X2SiO31～33%。
优选的，单盐模板、双盐模板和三盐模板中的X均为Na或K。
一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料的制备方法，制备过程如下：
（1）液相混合：碳源、氮源和可溶性盐模板溶解在去离子水当中，得到混合溶液A；
（2）冷冻干燥：将步骤（1）所得的混合溶液A置于-50～-80℃、真空度为1～10Pa下冷冻干燥4～24小时得到固体混合物B；
（3）研磨：将步骤（2）所得的固体混合物B进行研磨得到固体粉末C；
（4）高温碳化：将步骤（3）所得的固体粉末C在惰性气体中加热至600～800℃，并保温2～6小时，冷却至室温（4-40℃）后即可得到固体粉末D。
（5）水洗、干燥：将步骤（4）所得的固体粉末D用去离子水进行浸泡洗涤、抽滤，最后将抽滤所得的产物在80～120℃的鼓风干燥箱中干燥4～24小时制备得到氮掺杂分级多孔碳材料。
优选的，所述步骤（1）碳源和可溶性盐模板的质量比为1～50%∶50～99%；碳源的质量和去离子水的体积之比为 1～2g∶75ml。
优选的，所述步骤（3）固体粉末C的颗粒大小为80-120目。
优选的，所述步骤（4）惰性气体为高纯氮气、氦气或氩气。
优选的，所述步骤（5）中固体粉末D的质量和去离子水的体积之比为：0.5～1g∶100ml；浸泡时间为1～2小时。
本发明氮掺杂分级多孔碳材料，与其他碳材料添加剂相比，具有高的表面积和组合的分级多孔结构，对Pb/PbSO4氧化还原对的电化学动力学具有更加显著的影响，其中氮元素的掺杂提升了碳添加剂的析氢过电位，可以很好地减缓氢的释放；分级多孔碳中的大孔和中孔充当了离子缓冲储存层和传输通道。该材料的制备方法具有工艺简单易行、操作方便、成本低、能耗低、生产条件温和等特点；通过选用一种或多种可溶性盐为模板，调控材料的孔结构，从而实现多孔碳材料的可控合成；在形成分级多孔结构的同时对其进行氮元素的掺杂，通过控制氮源的加入量控制掺氮量。因此，将该种氮掺杂分级多孔碳材料加入到铅碳电池负极当中可以很好地提升铅碳电池HRPSoC循环寿命、充电效率、放电容量，降低其水损耗。
本发明采用上述技术方案后，主要有以下效果：
（1）本发明采用了一种高效的盐模板的方法制备氮掺杂分级多孔碳材料，选用不同的盐模板可以制备出不同孔径分布和孔结构的分级多孔碳材料，其中分级多孔结构可以存储电解液，可以把每一个孔结构形象化地看作一个独立的电化学反应的容器，从而更好地抑制了铅碳电池负极不可逆硫酸盐化的现象；
（2）本发明通过加入合适的氮源在制备分级多孔碳材料的基础上同时进行了氮元素的原位掺杂，其中氮元素的掺杂提升了碳添加剂的析氢过电位，可以很好地减缓氢的释放；
（3）本发明方法工艺简单，操作方便，生产效率高，有利于实现大规模化生产。
采用本发明方法制备出的氮掺杂分级多孔碳材料可以很好地提升铅碳电池的循环使用寿命，增强其各方面的电化学性能，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施1所得的氮掺杂分级多孔碳材料的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步说明本发明
实施例1
一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料的组分及其质量百分数为：
碳源95%
氮源5%
其中：所述碳源为葡萄糖；所述氮源为尿素。
一种制备氮掺杂分级多孔碳材料所需的可溶性盐模板的组分及其质量百分数为：
选用单盐模板NaCl。
一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料的制备方法，具体制备过程如下：
（1）液相混合
按照葡萄糖∶NaCl的质量比为：5%∶95%的配比备好葡萄糖和NaCl；按照葡萄糖和尿素的质量百分数备好对应量的尿素；按照葡萄糖的质量∶去离子水的体积之比为 1g∶75ml的配比备好去离子水。最后将备好的葡萄糖、尿素和NaCl溶解在去离子水当中，得到混合溶液A。
（2）冷冻干燥
将（1）所得的混合溶液A置于-50℃、真空度为10Pa下冷冻干燥24小时得到固体混合物B。
（3）研磨
将（2）所得的固体混合物B用研钵进行研磨得到固体粉末C；
其中：固体粉末C的颗粒大小约为100目。
（4）高温碳化
将（3）所得的固体粉末C在惰性气体高纯氮气中加热至700℃，并保温2小时，冷却至室温后即可得到固体粉末D。
（5）水洗、干燥
将（4）所得的固体粉末D用去离子水进行浸泡洗涤、抽滤，固体粉末D的质量和去离子水的体积之比为：0.5g∶100ml；浸泡时间为2小时，最后将抽滤所得的产物在80℃的鼓风干燥箱中干燥24小时制备得到氮掺杂分级多孔碳材料。
实施例2
一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料的组分及其质量百分数为：
碳源90%
氮源10%
其中：所述碳源为柠檬酸；所述氮源为尿素。
一种制备氮掺杂分级多孔碳材料所需的可溶性盐模板的组分及其质量百分数为：
选用双盐模板。
NaCl95%
Na2CO35%
一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料的制备方法，具体制备过程如下：
（1）液相混合
按照柠檬酸∶NaCl和Na2CO3的质量比为：10%∶90%的配比备好柠檬酸、NaCl和Na2CO3；按照柠檬酸和尿素的质量百分数备好对应量的尿素；按照柠檬酸的质量∶去离子水的体积之比为 1.5g∶75ml的配比备好去离子水。最后将备好的柠檬酸、尿素、NaCl和Na2CO3溶解在去离子水当中，得到混合溶液A。
（2）冷冻干燥
将（1）所得的混合溶液A置于-60℃、真空度为8Pa下冷冻干燥20小时得到固体混合物B。
（3）研磨
将（2）所得的固体混合物B用研钵进行研磨得到固体粉末C；
其中：固体粉末C的颗粒大小约为120目。
（4）高温碳化
将（3）所得的固体粉末C在惰性气体高纯氮气中加热至600℃，并保温3小时，冷却至室温后即可得到固体粉末D。
（5）水洗、干燥
将（4）所得的固体粉末D用去离子水进行浸泡洗涤、抽滤，固体粉末D的质量和去离子水的体积之比为： 1g∶100ml；浸泡时间为1小时，最后将抽滤所得的产物在100℃的鼓风干燥箱中干燥20小时制备得到氮掺杂分级多孔碳材料。
实施例3
一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料的组分及其质量百分数为：
碳源 88%
氮源12%
其中：所述碳源为蔗糖；所述氮源为乙二胺。
一种制备氮掺杂分级多孔碳材料所需的可溶性盐模板的组分及其质量百分数为：
选用三盐模板。
NaCl95%
Na2CO32.5%
Na2SiO3 2.5%
一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料的制备方法，具体制备过程如下：
（1）液相混合
按照蔗糖∶NaCl、Na2CO3和Na2SiO3的质量比为：12%∶88%的配比备好蔗糖、NaCl、Na2CO3和Na2SiO3；按照蔗糖和乙二胺的质量百分数备好对应量的乙二胺；按照蔗糖的质量∶去离子水的体积之比为 2g∶75ml的配比备好去离子水。最后将备好的蔗糖、乙二胺、NaCl、Na2CO3和Na2SiO3溶解在去离子水当中，得到混合溶液A。
（2）冷冻干燥
将（1）所得的混合溶液A置于-70℃、真空度为6Pa下冷冻干燥18小时得到固体混合物B。
（3）研磨
将（2）所得的固体混合物B用研钵进行研磨得到固体粉末C；
其中：固体粉末C的颗粒大小约为80目。
（4）高温碳化
将（3）所得的固体粉末C在惰性气体高纯氩气中加热至650℃，并保温2.5小时，冷却至室温后即可得到固体粉末D。
（5）水洗、干燥
将（4）所得的固体粉末D用去离子水进行浸泡洗涤、抽滤，固体粉末D的质量和去离子水的体积之比为： 0.8g∶100ml；浸泡时间为1.5小时，最后将抽滤所得的产物在120℃的鼓风干燥箱中干燥10小时制备得到氮掺杂分级多孔碳材料。
实施例4
一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料的组分及其质量百分数为：
碳源 85%
氮源15%
其中：所述碳源为沥青；所述氮源为三聚氰胺。
一种制备氮掺杂分级多孔碳材料所需的可溶性盐模板的组分及其质量百分数为：
选用双盐模板。
KCl98%
Na2SiO3 2%
一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料的制备方法，具体制备过程如下：
（1）液相混合
按照沥青∶KCl和Na2SiO3的质量比为：15%∶85%的配比备好沥青、KCl和Na2SiO3；按照沥青和三聚氰胺的质量百分数备好对应量的三聚氰胺；按照沥青的质量∶去离子水的体积之比为 1g∶75ml的配比备好去离子水。最后将备好的沥青、三聚氰胺、KCl和Na2SiO3溶解在去离子水当中，得到混合溶液A。
（2）冷冻干燥
将（1）所得的混合溶液A置于-80℃、真空度为5Pa下冷冻干燥12小时得到固体混合物B。
（3）研磨
将（2）所得的固体混合物B用研钵进行研磨得到固体粉末C；
其中：固体粉末C的颗粒大小约为100目。
（4）高温碳化
将（3）所得的固体粉末C在惰性气体高纯氦气中加热至750℃，并保温2小时，冷却至室温后即可得到固体粉末D。
（5）水洗、干燥
将（4）所得的固体粉末D用去离子水进行浸泡洗涤、抽滤，固体粉末D的质量和去离子水的体积之比为： 0.8g∶100ml；浸泡时间为1.5小时，最后将抽滤所得的产物在80℃的鼓风干燥箱中干燥24小时制备得到氮掺杂分级多孔碳材料。
实施例5
一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料的组分及其质量百分数为：
碳源80%
氮源 20%
其中：所述碳源为淀粉；所述氮源为多巴胺。
一种制备氮掺杂分级多孔碳材料所需的可溶性盐模板的组分及其质量百分数为：
选用双盐模板。
Na2CO3 90%
Na2SiO3 10%
一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料的制备方法，具体制备过程如下：
（1）液相混合
按照淀粉∶Na2CO3和Na2SiO3的质量比为：20%∶80%的配比备好淀粉、Na2CO3和Na2SiO3；按照淀粉和多巴胺的质量百分数备好对应量的多巴胺；按照淀粉的质量∶去离子水的体积之比为 1.5g∶75ml的配比备好去离子水。最后将备好的淀粉、多巴胺、Na2CO3和Na2SiO3溶解在去离子水当中，得到混合溶液A。
（2）冷冻干燥
将（1）所得的混合溶液A置于-50℃、真空度为10Pa下冷冻干燥24小时得到固体混合物B。
（3）研磨
将（2）所得的固体混合物B用研钵进行研磨得到固体粉末C；
其中：固体粉末C的颗粒大小约为100目。
（4）高温碳化
将（3）所得的固体粉末C在惰性气体高纯氮气中加热至800℃，并保温2小时，冷却至室温后即可得到固体粉末D。
（5）水洗、干燥
将（4）所得的固体粉末D用去离子水进行浸泡洗涤、抽滤，固体粉末D的质量和去离子水的体积之比为： 0.8g∶100ml；浸泡时间为1.5小时，最后将抽滤所得的产物在100℃的鼓风干燥箱中干燥18小时制备得到氮掺杂分级多孔碳材料。
实施例6
一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料的组分及其质量百分数为：
碳源 75%
氮源25%
其中：所述碳源为酚醛树脂；所述氮源为双氰胺。
一种制备氮掺杂分级多孔碳材料所需的可溶性盐模板的组分及其质量百分数为：
选用双盐模板。
KCl 80%
K2CO3 20%
一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料的制备方法，具体制备过程如下：
（1）液相混合
按照酚醛树脂∶KCl和K2CO3的质量比为：5%∶95%的配比备好酚醛树脂、KCl和K2CO3；按照酚醛树脂和双氰胺的质量百分数备好对应量的双氰胺；按照酚醛树脂的质量∶去离子水的体积之比为 1.5g∶75ml的配比备好去离子水。最后将备好的酚醛树脂、双氰胺、KCl和K2CO3溶解在去离子水当中，得到混合溶液A。
（2）冷冻干燥
将（1）所得的混合溶液A置于-60℃、真空度为8Pa下冷冻干燥18小时得到固体混合物B。
（3）研磨
将（2）所得的固体混合物B用研钵进行研磨得到固体粉末C；
其中：固体粉末C的颗粒大小约为100目。
（4）高温碳化
将（3）所得的固体粉末C在惰性气体高纯氮气中加热至700℃，并保温2小时，冷却至室温后即可得到固体粉末D。
（5）水洗、干燥
将（4）所得的固体粉末D用去离子水进行浸泡洗涤、抽滤，固体粉末D的质量和去离子水的体积之比为： 0.9g∶100ml；浸泡时间为1.5小时，最后将抽滤所得的产物在80℃的鼓风干燥箱中干燥24小时制备得到氮掺杂分级多孔碳材料。
实施例7
一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料的组分及其质量百分数为：
碳源99%
氮源1%
其中：所述碳源为豆粕；所述氮源为尿素。
一种制备氮掺杂分级多孔碳材料所需的可溶性盐模板的组分及其质量百分数为：
选用单盐模板K2CO3。
一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料的制备方法，具体制备过程如下：
（1）液相混合
按照豆粕∶K2CO3的质量比为：2%∶98%的配比备好豆粕、K2CO3；按照豆粕和尿素的质量百分数备好对应量的尿素；按照豆粕的质量∶去离子水的体积之比为 1g∶75ml的配比备好去离子水。最后将备好的豆粕、尿素、K2CO3溶解在去离子水当中，得到混合溶液A。
（2）冷冻干燥
将（1）所得的混合溶液A置于-80℃、真空度为6Pa下冷冻干燥24小时得到固体混合物B。
（3）研磨
将（2）所得的固体混合物B用研钵进行研磨得到固体粉末C；
其中：固体粉末C的颗粒大小约为100目。
（4）高温碳化
将（3）所得的固体粉末C在惰性气体高纯氩气中加热至600℃，并保温3小时，冷却至室温后即可得到固体粉末D。
（5）水洗、干燥
将（4）所得的固体粉末D用去离子水进行浸泡洗涤、抽滤，固体粉末D的质量和去离子水的体积之比为： 0.6g∶100ml；浸泡时间为1.5小时，最后将抽滤所得的产物在80℃的鼓风干燥箱中干燥24小时制备得到氮掺杂分级多孔碳材料。
实施例8
一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料的组分及其质量百分数为：
碳源 94%
氮源6%
其中：所述碳源为豆粕；所述氮源为尿素。
一种制备氮掺杂分级多孔碳材料所需的可溶性盐模板的组分及其质量百分数为：
选用三盐模板。
KCl 90%
K2CO35%
K2SiO35%
一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料的制备方法，具体制备过程如下：
（1）液相混合
按照豆粕∶KCl、K2CO3和K2SiO3的质量比为：2%∶98%的配比备好豆粕、KCl、K2CO3和K2SiO3；按照豆粕和尿素的质量百分数备好对应量的尿素；按照豆粕的质量∶去离子水的体积之比为 1g∶75ml的配比备好去离子水。最后将备好的豆粕、尿素、KCl、K2CO3和K2SiO3溶解在去离子水当中，得到混合溶液A。
（2）冷冻干燥
将（1）所得的混合溶液A置于-80℃、真空度为6Pa下冷冻干燥24小时得到固体混合物B。
（3）研磨
将（2）所得的固体混合物B用研钵进行研磨得到固体粉末C；
其中：固体粉末C的颗粒大小约为100目。
（4）高温碳化
将（3）所得的固体粉末C在惰性气体高纯氩气中加热至600℃，并保温3小时，冷却至室温后即可得到固体粉末D。
（5）水洗、干燥
将（4）所得的固体粉末D用去离子水进行浸泡洗涤、抽滤，固体粉末D的质量和去离子水的体积之比为： 0.7g∶100ml；浸泡时间为1.5小时，最后将抽滤所得的产物在80℃的鼓风干燥箱中干燥24小时制备得到氮掺杂分级多孔碳材料。
试验结果
对实施例1制备出的氮掺杂分级多孔碳材料，进行扫描电镜表征，如图1所示。从图1可以看出制备出的氮掺杂分级多孔碳材料具有很薄的片层和清晰的多孔结构，薄的片层有助于提升碳材料本身的优异性能，包括导电性、电容性、比表面积等；多孔结构可以存储电解液，可以被形象化地看作是一个个独立的电化学反应容器，可以更好地抑制铅碳电池负极不可逆硫酸盐化的现象。

Claims (8)

1.一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料，其特征在于，包括以下组分及其质量百分数的原料：碳源75～99%、氮源1～25%；
所述碳源为葡萄糖、淀粉、蔗糖、柠檬酸、沥青、酚醛树脂或豆粕；
所述氮源为尿素、三聚氰胺、双氰胺、乙二胺或多巴胺。
2.根据权利要求1所述的一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料，其特征在于，制备氮掺杂分级多孔碳材料所需的可溶性盐模板的组分及其质量百分数为：
（1）单盐模板：以一种可溶性盐为模板，所述可溶性盐为XCl、X2CO3或X2SiO3；
（2）双盐模板：以两种可溶性盐为模板，所述可溶性盐为XCl和X2CO3、XCl和X2SiO3、X2CO3和X2SiO3；
质量百分数为：XCl50～99%和X2CO31～50%；XCl50～99%和X2SiO31～50% ；X2CO350～99%和X2SiO31～50%；
（3）三盐模板：以三种可溶性盐为模板，所述可溶性盐为XCl、X2CO3和X2SiO3；质量百分数为XCl34～98%、X2CO31～33%、X2SiO31～33%。
3.根据权利要求2所述的一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料，其特征在于，单盐模板、双盐模板和三盐模板中的X均为Na或K。
4.一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料的制备方法，其特征在于，制备过程如下：
（1）液相混合：碳源、氮源和可溶性盐模板溶解在去离子水当中，得到混合溶液A；
（2）冷冻干燥：将步骤（1）所得的混合溶液A置于-50～-80℃、真空度为1～10Pa下冷冻干燥4～24小时得到固体混合物B；
（3）研磨：将步骤（2）所得的固体混合物B进行研磨得到固体粉末C；
（4）高温碳化：将步骤（3）所得的固体粉末C在惰性气体中加热至600～800℃，并保温2～6小时，冷却至室温后即可得到固体粉末D；
（5）水洗、干燥：将步骤（4）所得的固体粉末D用去离子水进行浸泡洗涤、抽滤，最后将抽滤所得的产物在80～120℃的鼓风干燥箱中干燥4～24小时制备得到氮掺杂分级多孔碳材料。
5.根据权利要求4所述的一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）碳源和可溶性盐模板的质量比为1～50%∶50～99%；碳源的质量和去离子水的体积之比为 1～2g∶75ml。
6.根据权利要求4所述的一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）固体粉末C的颗粒大小为80-120目。
7.根据权利要求4所述的一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）惰性气体为高纯氮气、氦气或氩气。
8.根据权利要求4所述的一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中固体粉末D的质量和去离子水的体积之比为：0.5～1g∶100ml；浸泡时间为1～2小时。
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CN111762778A (zh) * 2020-06-24 2020-10-13 浙江工业大学 一种高比表面积、孔径分布可调的三维多孔炭材料的制备方法和应用
KR20220096490A (ko) * 2020-12-31 2022-07-07 고려대학교 산학협력단 질소 도핑된 다공성 탄소 구조체의 제조 방법, 이에 의해 제조된 질소 도핑된 다공성 탄소 구조체, 및 이를 포함하는 슈퍼 커패시터

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