[发明专利]一种磷掺杂碳材料的制备方法与应用

说明书

本发明公开一种磷掺杂碳材料的制备方法与应用。包括：(1)将碳源清洗，烘干，破碎；(2)将破碎后的碳源和磷源加入到混合溶剂中并搅拌，得倒混合物料；(3)将混合物料转移至反应釜中反应，反应后冷却，得预产物；(4)将预产物洗涤，烘干，得到磷掺杂的碳材料。应用：将所制备的磷掺杂的碳材料用作钾离子电池的负极材料。本发明制备磷掺杂碳材料的方法简单，成本低；本发明为回收利用废旧轮胎扩展了一种新方法，本发明的方法减少了处理废旧轮胎对环境的危害；将本发明制备的磷掺杂碳材料用作钾离子电池的负极材料组装钾离子电池，表现出良好的电化学稳定性，为钾离子电池的大规模应用提供了一种可行的方向，实现了废旧轮胎的资源化利用。

技术领域

本发明涉及资源化利用领域，具体涉及一种磷掺杂碳材料的制备方法及利用该方法制得的磷掺杂碳材料在钾离子电池中的应用。

背景技术

随着电子设备，电动汽车和智能电网的发展，对新型高能量密度可持续电池的需求变得越来越紧迫。由于大规模能源对锂离子电池需求的不断增长，导致了锂资源的快速消耗。因此，低成本和最大限度地减少稀有元素的使用已变得至关重要。

钾和锂同属第一主族元素，具有相似的物理化学性质。钾资源在地球的丰度较高(2.09wt％)、分布广泛、易于获取，另外，钾的电极电势是-2.93V，接近于锂的-3.04V，使得钾离子电池具有较高的工作电压和能量密度。因此，钾离子电池得到了广泛的应用。

随着经济水平的不断发展，全球汽车制造业也在突飞猛进的发展，不可避免的导致了大量废旧轮胎。当今世界每年产生废旧橡胶1200多万吨；中国每年产生废旧橡胶约160万吨，其中70％为废旧轮胎。处理废旧轮胎这一“黑色污染”已成为世界各国的当务之急。轮胎主要由天然橡胶、合成聚异戊二烯、丁二烯组成橡胶、丁苯橡胶、炭黑和添加剂组成，燃烧处理时会产生硫化物、氢化物、二噁英等对环境有害的物质。因此，在减少环境危害以及更好的利用废旧轮胎的前提下，急需寻找一种废旧轮胎资源化利用的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单的磷掺杂碳材料的制备方法，本发明以废旧轮胎为碳源，为废旧轮胎的回收利用扩展了一种新方法，减少对环境的危害；并将所制备的磷掺杂碳材料用作钾离子电池的负极材料，表现出良好的电化学稳定性。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种磷掺杂碳材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将碳源清洗，然后烘干，破碎；

(2)将破碎后的碳源和磷源加入到混合溶剂中并搅拌，得倒混合物料；

(3)将混合物料转移至反应釜中反应，反应后冷却，得预产物；

(4)将预产物洗涤，然后烘干，得到磷掺杂的碳材料。本发明的制备方法简单，所制得的磷掺杂碳材料其成本低，为废旧轮胎的回收利用扩展了一种资源化利用的新方法。

进一步，步骤(1)所述碳源为废旧轮胎；所述清洗是采用去离子水和无水乙醇将废旧轮胎洗净，所述烘干温度为50-60℃，所述破碎是采用高速粉碎机将所述废旧轮胎破碎。所述的废旧轮胎包括废旧的自行车轮胎、电动车轮胎以及汽车轮胎等。

进一步，步骤(2)中所述磷源为次磷酸、亚磷酸、磷酸、偏磷酸、焦磷酸、多聚磷酸中任一种或其混合；所述碳源与所述磷源的质量比为(5-10)：1；所述磷源与所述混合溶剂的质量体积比为0.5-1.0g/mL；所述搅拌时间为1-3小时。

进一步，步骤(2)中所述混合溶剂为去离子水与有机溶剂的混合物；所述混合溶剂中所述去离子水与所述有机溶剂的体积比为1：(1-3)；所述有机溶剂为无水乙醇、乙二醇、甲醇、丙酮、石油醚中的任一种。

进一步，步骤(3)将混合物料转移至不锈钢反应釜中并将反应釜密封，然后将反应釜置于马弗炉中并在400-800℃下煅烧3-6小时，反应后冷却至室温，得预产物。