一种氮掺杂硬碳材料及其制备方法与钠离子电池负极材料.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115842131A(43)申请公布日2023.03.24(21)申请号202211712467.X(22)申请日2022.12.30(71)申请人成都大学地址610106四川省成都市外东十陵镇(72)发明人姚卫棠李鑫黄港刘小楠孔清泉安旭光张靖(74)专利代理机构西安正华恒远知识产权代理事务所(普通合伙)61271专利代理师陈选中(51)Int.Cl.H01M4/62(2006.01)H01M4/587(2010.01)H01M10/054(2010.01)权利要求书1页说明书7页附图3页(54)发明名称一种氮掺杂硬碳材料及其制备方法与钠离子电池负极材料(57)摘要本发明公开了一种氮掺杂硬碳材料及其制备方法与钠离子电池负极材料，该制备方法通过将单宁酸、甲醛与赖氨酸混合后制备出前驱体，再将前驱体进行热处理，即可使有机物碳化获得氮掺杂棒状碳材料。本发明制备的氮掺杂棒状硬碳材料可以作为高性能钠离子电池的负极材料，具有高容量的优点。同时本发明制备的氮掺杂棒状硬碳材料，具有结构规则、稳定性好、纯度高等优点，而本发明的制备方法操作简单，重复性好，其原材料均属于环境友好型材料。CN115842131ACN115842131A权利要求书1/1页1.一种氮掺杂硬碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将单宁酸水溶液和甲醛溶液混合，再加入赖氨酸并搅拌20~30h，然后分离沉淀并洗涤、干燥，得前驱体；将所述前驱体热处理后，即得氮掺杂硬碳材料；所述热处理过程具体包括：在保护气体氛围中，以1~3℃/min的升温速率升温至750~850℃，煅烧前驱体粉末1‑3h，即可制得氮掺杂硬碳材料。2.如权利要求1所述的氮掺杂硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述单宁酸水溶液的浓度为0.005~0.01g/mL，所述甲醛溶液的浓度为35~40wt%。3.如权利要求2所述的氮掺杂硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述单宁酸水溶液与甲醛溶液的体积比为60~100:0.12，混合在搅拌条件下进行，搅拌速度为100~200rpm，搅拌时间为45~75min。4.如权利要求1所述的氮掺杂硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述赖氨酸与单宁酸的质量比为0.04:0.5~0.6；加入赖氨酸后的搅拌速度为150~250rpm。5.如权利要求1所述的氮掺杂硬碳材料的制备方法，其特征在于，分离沉淀的方式为离干燥，干燥时间为1015h，干燥温心，所述离心的转速为11000~13000rpm；所述干燥为冷冻~度为‑50~‑40℃。6.如权利要求1所述的氮掺杂硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述热处理过程具体包括：在保护气体氛围中，以2℃/min的升温速率升温至800℃，煅烧前驱体粉末2h。7.一种氮掺杂硬碳材料，其特征在于，采用权利要求1‑6任一项所述的氮掺杂硬碳材料的制备方法制备得到。8.一种钠离子电池负极材料，其特征在于，包括权利要求7所述的氮掺杂硬碳材料。2CN115842131A说明书1/7页一种氮掺杂硬碳材料及其制备方法与钠离子电池负极材料技术领域[0001]本发明属于纳米负极材料技术领域，具体涉及到一种氮掺杂硬碳材料及其制备方法与应用。背景技术[0002]大量具有不同储钠机制的非碳质材料已被开发出来作为钠离子电池的负极，包括金属氧化物/硫化物(如TiO2，SnS2，MoS2)和金属/合金(如Sn，NiSe2)。总的来说，这些材料在插入Na+时仍然会发生严重的体积变化，导致循环稳定性降低。相反，合理的设计和简易的合成非贵金属材料对钠离子电池的要求很高，具有价格低廉和制作简单的碳材料作为钠离子电池的负极已被广泛研究。然而，理论比容量过低、速率性能不理想等缺点阻碍了结构良好的石墨在高能量密度钠离子电池中的实际应用。另外，其他碳物质，包括多孔碳，杂原子掺杂碳和不同结构的碳，也被用来作为负极材料来提高可充电二次电池的能量和功率密度。[0003]如上所述，将碳电极的结构设计与碳宿主的层间扩展巧妙结合，以容纳更多的插入钠离子，是提高碳电极储钠容量最有效的途径之一。发明内容[0004]本发明的目的是提供一种氮掺杂硬碳材料及其制备方法与应用，可以制备出一种化学成分稳定和形态可控的生物质衍生碳材料，以提高碳电极储钠容量。[0005]为达上述目的，本发明提供了一种氮掺杂硬碳材料的制备方法，包括以下步骤：将单宁酸水溶液和甲醛溶液混合，再加入赖氨酸并搅拌20~30h，然后分离沉淀并洗涤、干燥，得前驱体；将前驱体热处理后，即得氮掺杂硬碳材料；热处理过程具体包括：在保护气体氛围中，以1~3℃/min的升温速率升温至750~850℃，煅烧前驱体粉末2h，即可制得氮掺杂硬碳材料。[0006]进一步地，单宁酸水溶液的浓度为0.005~0.01g/mL，甲