[发明专利]一种自组装三维生物炭钠离子电池负极碳材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种自组装三维生物炭钠离子电池负极碳材料的制备方法，首先野外摘取小蓟取其叶并用蒸馏水洗涤干净，经过冷冻干燥后获得小蓟干叶；其次将获得的小蓟干叶与多糖混合后放入稀酸中，然后再加入H₂O₂溶液，搅拌后进行水热反应，反应结束待自然降至室温，然后用水和乙醇分别洗涤，然后真空干燥处理，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可。本发明以价格低廉的小蓟草、多糖为原料，通过简单的水热碳化及高温碳化工艺，制得具有优异的电化学性能，可以当作钠电负极材料使用的碳材料。

技术领域

本发明涉及钠离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种三维螺旋状钠离子电池碳电极材料的制备方法。

背景技术

在众多二次电池中，因其具备能量密度高、功率密度大、倍率性能好和便携性等优点，锂离子电池发展迅速，在很多领域被广泛应用。与此同时，锂矿在地球上储量有限，并且分布不均匀，导致其应用受限。研究开发新的二次电池体系势在必行，与锂元素同主族的钠元素的储量丰富，成本低廉，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。

然而，钠离子比锂离子要大55％左右，钠离子在相同结构材料中的嵌入和扩散往往都相对困难，同时嵌入后材料的结构变化会更大，因而电极材料的比容量、动力学性能和循环性能等都相应地变差。如，石墨在锂离子电池中是优良的负极材料，而钠离子却难以嵌入到石墨层中，有研究表明，只有当其层间距增大到0.37nm以上时，钠离子才能有效地实现可逆的嵌入钠离子。而硬碳是一种无序的、石墨化程度较低、层间距较大性能较佳的碳基材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自组装三维生物炭钠离子电池负极碳材料的制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明以价格低廉的小蓟草、多糖、高分子为原料，通过简单的水热碳化及高温碳化工艺，制得自组装三维生物炭钠离子电池负极碳材料，且具有优异的电化学性能，可以当作钠电负极材料使用。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自组装三维生物炭钠离子电池负极碳材料的制备方法，包括以下步骤：

1)野外摘取小蓟取其叶并用蒸馏水洗涤干净，经过冷冻干燥后获得小蓟干叶；

2)将获得的小蓟干叶与多糖混合后放入浓度为1-3mol/L的稀酸中，其中小蓟干叶与多糖的质量比为1：(0.1-1)，且每40mL稀酸中加入2-3g小蓟干叶，然后再加入质量分数为10％-30％的H₂O₂溶液，其中每40mL稀酸中加入8-10mLH₂O₂溶液，搅拌后进行水热反应，反应结束待自然降至室温，然后用水和乙醇分别洗涤，然后真空干燥处理，获得水热预处理碳材料；

3)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，即获得自组装三维生物炭钠离子电池负极碳材料。

进一步地，步骤2)中多糖是葡萄糖、壳聚糖、果糖、麦芽糖、蔗糖或淀粉中的任意一种。

进一步地，步骤2)的稀酸是盐酸、磷酸、硝酸、硫酸中的任意一种。

进一步地，步骤2)中水热反应温度为120-220℃，反应时间6-48h。

进一步地，步骤2)中采用水和乙醇分别洗涤3次。

进一步地，步骤2)中真空干燥处理为在80℃温度下，真空干燥6h。

进一步地，步骤3)中惰性气氛为Ar或N₂气氛。

进一步地，步骤3)中煅烧处理是以2-10℃/min的升温速率进行升温，升温至500-800℃后煅烧2-12h。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：