CN114291808A - 一种分等级有序多孔碳纳米片材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种分等级有序多孔碳纳米片材料及其制备方法和应用，制备方法为：选取甘蔗渣作为原料，对其进行清洗，烘干脱水，得到干燥的甘蔗渣；将干燥的甘蔗渣置于管式炉内煅烧碳化，碳化保温一段时间，而后自然冷却，得到不同碳化温度的分等级有序多孔碳纳米片材料；得到的多孔碳纳米片材料尺寸较大、孔径分布均匀、结构完整，将其制成电极，发现其具有极佳的储锂性能。本发明以可持续再生的生物质甘蔗渣为碳源，成功制备出形貌较为独特的碳材料，并将其作为负极材料应用到锂离子电池中，研究其作为电极材料在锂离子电池中的储能效果，实现了生物质的回收利用。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种分等级有序多孔碳纳米片材料及其制备方法和应用。
背景技术
基于环保、廉价、可调控性强、导电性好和能量密度高等优势，碳材料是目前最具有综合潜力的钾离子电池负极材料之一。目前，已经研究的碳质材料包括碳纳米管、石墨烯、石墨碳和活性碳等。但是，碳质材料也同样存在一些问题：碳质负极材料储钾的主要机理是石墨与金属离子发生的插层反应(即使是无定形的软碳和硬碳也要依靠其内部细小的石墨微晶作为钾的主要存贮位点)。该反应导致的最大问题在于其较高的体积膨胀率，高膨胀率产生的内部应力将导致电极破裂并阻碍离子扩散。
考虑到环境、经济和社会问题，天然生物质衍生的多孔碳材料因其对环境污染小、成本低、材料容易获得等优势受到越来越多的关注。甘蔗是制备蔗糖的原材料，其中含有丰富的木质素、纤维素等，碳含量较高。在我国南方部分城市甘蔗产量均在千万吨以上，而对甘蔗渣这一系列生物质废弃料的潜在价值成为当前热点。甘蔗渣制成的硬碳材料具有可逆容量高、循环性能好等优点。但是，目前使用甘蔗渣作为前驱体制备分等级多孔碳纳米片材料的报道较少，且鲜有报道将其应用于储锂方面。
发明内容
本发明的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种分等级有序多孔碳纳米片材料及其制备方法和应用，该制备方法可实现宏量可控制备低成本高性能碳基离子电池负极材料，为电极材料的商业化起到至关重要的作用。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：
一种分等级有序多孔碳纳米片材料的制备方法，包括如下步骤：
1)选取甘蔗渣作为原料，对其进行清洗，烘干脱水，得到干燥的甘蔗渣；
2)将干燥的甘蔗渣置于管式炉内煅烧碳化，碳化保温一段时间，而后自然冷却，得到分等级有序多孔碳纳米片材料。
进一步地，步骤1)中，依次使用去离子水、乙醇对甘蔗渣进行清洗。
进一步地，步骤2)中，甘蔗渣置在保护气氛下进行煅烧。
进一步地，步骤2)中，煅烧由室温加热至600-800℃，升温速率为3-7℃/min。
进一步地，步骤2)中，碳化保温时间为2-6h。
一种分等级有序多孔碳纳米片材料，由上述的制备方法制备得到。该分等级有序多孔碳纳米片材料可用于制备锂电子电池。
进一步地，上述应用中，将分等级有序多孔碳纳米片材料与PVDF、乙炔黑混合后，加入NMP制备电极浆料。
本发明的有益效果是：
本发明提供的制备方法设计科学合理，具有变废为宝、绿色环保、工艺简单、过程易控的有点，与其他分等级多孔碳纳米片的制备方法相比，以可持续再生的生物质甘蔗渣为碳源，成功制备出形貌较为独特的碳材料，并将其作为负极材料应用到锂离子电池中，研究其作为电极材料在锂离子电池中的储能效果，实现了生物质的回收利用，为分等级多孔碳纳米片的制备提供全新的思路，为科研工作提供更广阔的研究领域。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中分等级有序多孔碳纳米片的XRD图；
图2为实施例1中分等级有序多孔碳纳米片的SEM图；
图3为实施例2中分等级有序多孔碳纳米片的XRD图；
图4为实施例2中分等级有序多孔碳纳米片的SEM图；
图5为实施例3中分等级有序多孔碳纳米片的XRD图；
图6为实施例3中分等级有序多孔碳纳米片的SEM图；
图7为实施例1中分等级有序多孔碳纳米片的充放电曲线图；
图8为实施例2中分等级有序多孔碳纳米片的充放电曲线图；
图9为实施例3中分等级有序多孔碳纳米片的充放电曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的相关具体实施例为：
实施例1
使用去离子水、乙醇将5.0g甘蔗渣清洗干净并烘干脱水，在惰性(还原)气氛保护下在管式炉内以5℃/min的升温速率，在高温600℃下碳化保温6h后，自然冷却，从而制备得到分等级有序多孔碳纳米片。
将80mg上述分等级有序多孔碳纳米片材料与PVDF、乙炔黑等按质量比8:1:1充分混合后，加入NMP以制备电极浆料。将电极片装配成锂离子电池后测试其电化学性能。
实施例2
使用去离子水、乙醇将5.0g甘蔗渣清洗干净并烘干脱水，在惰性(还原)气氛保护下在管式炉内以5℃/min的升温速率，在高温700℃下碳化保温6h后，自然冷却，从而制备得到分等级有序多孔碳纳米片。
将80mg上述分等级有序多孔碳纳米片材料与PVDF、乙炔黑等按质量比8:1:1充分混合后，加入NMP以制备电极浆料。将电极片装配成锂离子电池后测试其电化学性能。
实施例3
使用去离子水、乙醇将5.0g甘蔗渣清洗干净并烘干脱水，在惰性(还原)气氛保护下在管式炉内以5℃/min的升温速率，在高温800℃下碳化保温6h后，自然冷却，从而制备得到分等级有序多孔碳纳米片。
将80mg上述分等级有序多孔碳纳米片材料与PVDF、乙炔黑等按质量比8:1:1充分混合后，加入NMP以制备电极浆料。将电极片装配成锂离子电池后测试其电化学性能。
实施例4
使用去离子水、乙醇将5.0g甘蔗渣清洗干净并烘干脱水，在惰性(还原)气氛保护下在管式炉内以5℃/min的升温速率，在高温600℃下碳化保温4h后，自然冷却，从而制备得到分等级有序多孔碳纳米片。
将80mg上述分等级有序多孔碳纳米片材料与PVDF、乙炔黑等按质量比8:1:1充分混合后，加入NMP以制备电极浆料。将电极片装配成锂离子电池后测试其电化学性能。
实施例5
使用去离子水、乙醇将5.0g甘蔗渣清洗干净并烘干脱水，在惰性(还原)气氛保护下在管式炉内以5℃/min的升温速率，在高温600℃下碳化保温2h后，自然冷却，从而制备得到分等级有序多孔碳纳米片。
将80mg上述分等级有序多孔碳纳米片材料与PVDF、乙炔黑等按质量比8:1:1充分混合后，加入NMP以制备电极浆料。将电极片装配成锂离子电池后测试其电化学性能。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (8)
1.一种分等级有序多孔碳纳米片材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)选取甘蔗渣作为原料，对其进行清洗，烘干脱水，得到干燥的甘蔗渣；
2)将干燥的甘蔗渣置于管式炉内煅烧碳化，碳化保温一段时间，而后自然冷却，得到分等级有序多孔碳纳米片材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中，依次使用去离子水、乙醇对甘蔗渣进行清洗。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，甘蔗渣置在保护气氛下进行煅烧。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，煅烧由室温加热至600-800℃，升温速率为3-7℃/min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，碳化保温时间为2-6h。
6.一种分等级有序多孔碳纳米片材料，由权利要求1-5任一项所述的制备方法制备得到。
7.根据权利要求6所述的分等级有序多孔碳纳米片材料在制备锂电子电池中的应用。
8.根据权利要求7所述的的应用，其特征在于：将分等级有序多孔碳纳米片材料与PVDF、乙炔黑混合后，加入NMP制备电极浆料。
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| CN107519855A (zh) * | 2017-07-18 | 2017-12-29 | 武汉工程大学 | 甘蔗渣基炭催化剂及其制备方法和用途 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116376519A (zh) * | 2023-03-16 | 2023-07-04 | 南京航空航天大学 | 一种甘蔗衍生多孔碳化硅陶瓷基储热材料、制备方法及装置 |
| CN116376519B (zh) * | 2023-03-16 | 2024-03-29 | 南京航空航天大学 | 一种甘蔗衍生多孔碳化硅陶瓷基储热材料、制备方法及装置 |
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