[发明专利]一种网络状碳负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用电解技术制备网络状碳负极材料的方法，具体涉及一种使用醇溶剂和强碱合成网络状碳负极材料的方法，属于碳功能材料合成领域。

背景技术

目前，二维碳材料制备方法主要包括机械剥离法、化学氧化还原技术、高温碳化以及化学气相沉积技术。其中，机械剥离与化学气相沉积技术，产量极低，不适合规模化制备；石墨氧化还原技术虽然可以宏量制备过程中用到强酸、强氧化剂和还原剂，过程繁琐、污染较大；采用金属如铜箔等作为催化剂模板化学气相沉积制备过程苛刻需转移使用、产率低、不适合宏量生产；采用金属氧化物为模板制备二维碳材料，需要提前通过系列化学反应制备得到纳米氧化物，再进行二维碳材料合成，同样采用其他模板如硅藻土等，不仅需要对模板强酸预刻蚀处理，高温合成后还需使用腐蚀性强的氢氟酸或强碱去除模板；采用生物质碳化技术所得硬碳材料，需要很高的温度（高于1000℃），前驱体来源难保证，品质受地域及气侯影响大。利用固相烧结技术可以获得具有三维结构的石墨烯网络结构[一种固体含氮有机酸合成氮杂石墨烯的方法，专利申请号：201510333237.6；一种由有机酸金属盐合成石墨烯的方法，专利申请号：201310296522.6]；采用碳量子点自组装结合烧结方法也可以制备出三维碳网络结构[HS Hou，CE. Banks，MJ Jing，Y Zhang，XB Ji，Carbon quantum dots and their derivative 3D porous carbon frameworks for sodium-ion batteries with ultralong cycle life，Adv. Mater. 2015，27，7861-7866]。而上述网络状碳纳米材料具有开放、多孔、互通网络结构，这种网络结构可以克服二维碳材料如石墨烯的团聚现象，具有更好的电化学储能特性，在二次电池如锂离子电池及钠离子电池电极材料有广阔的应用前景。因此，开发工艺简单、快速、成本低且污染小的网络状碳负极材料可控制备是使其在各领域应用得以促进发展的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本、工艺简单且易于批量制备的网络状碳负极材料的方法。

本发明采用醇溶剂和碱作为电解质，通过电解等后处理得到网络状碳负极材料，在规模宏量制备方面优势突出。

一种网络状碳负极材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1）将氢氧化钠或氢氧化钾溶于甲醇、乙醇或异丙醇，经电解得到前驱反应物；

2）将步骤1）所得产物进行旋蒸、冷冻干燥，在惰性气体氮气、氩气或还原性气体氢气氛围下，500-800℃下退火30-180min、再经清洗及干燥后得到网络状碳负极材料；

3）在步骤1）电解质中通过添加含硫或含氮化合物电解后，再经步骤2）处理得到网络状碳负极材料。

本发明所述的含硫或含氮化合物为硫脲、硫代乙酰胺、尿素或N，N-二甲基甲酰胺。

网络状碳负极材料具有开放、多孔、互通结构，克服了片状材料团聚现象，在锂离子及钠离子电池等能源存储领域具有良好的应用前景。

本发明具有如下优点：

1）所用材料价格低廉，无毒，成本低。

2）操作简便可控，易掺杂，重复性好。

本发明的效果益处：提供了一种简单规模制备碳负极材料的方法，所用原材料丰富、廉价易得、环境友好、重复性好、产品质量稳定可靠。

附图说明

图1为实施例1中所得网络状碳负极材料锂离子半电池倍率特性图。

图2为实施例1中所得网络状碳负极材料钠离子半电池循环特性图。

图3为实施例1中所得网络状碳负极材料的TEM照片。

图4为实施例2中所得网络状碳负极材料的SEM图。

图5为实施例3中所得网络状碳负极材料锂离子半电池循环特性图。

具体实施方式

实施例1