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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113745509A(43)申请公布日2021.12.03(21)申请号202110908449.8(22)申请日2021.08.09(71)申请人华侨大学地址362000福建省泉州市丰泽区城东城华北路269号(72)发明人谢奕明陈慧鑫卢灿忠王华燕(74)专利代理机构厦门市首创君合专利事务所有限公司35204代理人张松亭陈丹艳(51)Int.Cl.H01M4/587(2010.01)H01M10/0525(2010.01)H01M10/054(2010.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称一种磷氮掺杂生物质硬碳材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种磷氮掺杂生物质硬碳材料及其制备方法和应用。所述生物质硬碳材料来源于茶梗,具体方法为:步骤1)将茶梗球磨或破碎后过筛,反复用乙醇浸泡清洗至无色,然后放入盐酸溶液中边加热边搅拌,水洗烘干后得到生物质碳前驱体。步骤2)将得到的生物质碳前驱体转移至管式炉中,在惰性气体保护下进行煅烧,得到硬碳材料。步骤3)将得到的硬碳材料和氮源溶于去离子水中,搅拌,加入磷源,继续搅拌后过滤干燥。步骤4)将步骤3得到的材料在惰性保护气中煅烧,得到磷氮掺杂的生物质硬碳材料。本发明制备成本低廉,可大批量生产,得到的材料具有较高的电导率,可应用于锂/钠/钾离子电池负极材料,具有非常好的应用前景。CN113745509ACN113745509A权利要求书1/1页1.一种磷氮掺杂生物质硬碳材料的制备方法,其特征在于:以茶梗作为生物质碳源,包括如下步骤:步骤1:将茶梗通过机械方法破碎后50‑200目过筛,反复用乙醇浸泡清洗至无色,然后放入盐酸溶液中边加热边搅拌,加热温度为90‑120℃,搅拌时间为1‑4h;水洗烘干后得到生物质碳前驱体;步骤2:将得到的生物质碳前驱体在惰性气体保护下进行煅烧,煅烧先升温至100‑150℃恒温1‑2h,继续升温至500‑600℃恒温1‑2h,最后升温至900‑1300℃恒温1‑6h,升温速率为5‑10℃/min,得到硬碳材料;步骤3:将得到的硬碳材料和氮源溶于去离子水中,搅拌,加入磷源,继续搅拌后过滤干燥;其中,所述硬碳材料、氮源、磷源的质量比为1:2‑5:10‑30;步骤4:将步骤3得到的材料在惰性气体中煅烧,煅烧以5‑10℃/min的升温速度加热至500‑700℃恒温2‑4h,得到磷氮掺杂的生物质硬碳材料。2.根据权利要求1所述的一种磷氮掺杂生物质硬碳材料的制备方法,其特征在于:步骤3中,所述氮源为三聚氰胺或尿素中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种磷氮掺杂生物质硬碳材料的制备方法,其特征在于:步骤3中,所述磷源为植酸或次磷酸钠中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种磷氮掺杂生物质硬碳材料的制备方法,其特征在于:所述惰性气体为氮气或氩气中的至少一种。5.根据权利要求1所述的一种磷氮掺杂生物质硬碳材料的制备方法,其特征在于:步骤3中,所述硬碳材料和氮源溶于去离子水的搅拌时间为2‑24h,添加磷源的搅拌时间为1‑6h。6.一种磷氮掺杂生物质硬碳材料,其特征在于:采用如权利要求1~5任一项所述方法制备而成。7.根据权利要求6所述的一种磷氮掺杂生物质硬碳材料,其特征在于:具有有序多孔隧道结构,且隧道侧壁和表面附着有石墨化碎片,所述石墨化碎片尺寸为100‑500nm,由氮、磷元素与碳元素以共价键结合而成。8.根据权利要求6所述的一种磷氮掺杂生物质硬碳材料,其特征在于:含碳量≥95%的无序晶格条纹状硬碳,碳层间距不小于0.380nm。9.一种电池,其特征在于:电池负极材料为如权利要求6~8任一项所述的磷氮掺杂生物质硬碳材料。10.一种茶梗的回收利用方法,其特征在于:将废弃的茶梗作为生物质碳源,采用如权利要求1~5任一项所述的方法制备生物质硬碳材料,还包括:步骤5:将得到的磷氮掺杂的生物质硬碳材料作为电池负极材料进行锂离子电池、钠离子电池或钾离子电池的组装。2CN113745509A说明书1/6页一种磷氮掺杂生物质硬碳材料及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明属于废弃生物质材料处理和电源技术电化学储能技术领域,具体涉及一种磷氮掺杂生物质硬碳材料及其制备方法和应用。背景技术[0002]锂离子电池作为一类高能量密度的储能技术,已经被广泛应用于电动汽车和智能电网等大规模化储能体系中。与锂元素同一主族的钠/钾元素化学性质相近且储量十分丰富,价格便宜,对环境无污染,因此钠/钾离子电池可作为锂离子电池规模化储能的有益补充。[0003][0004]硬碳是难以被石墨化、孔隙分布不均匀且具有较大的比表面积的碳质材料,具有碳层间距较大等优势,非常适合锂/钠/钾离子的嵌入/脱嵌,是一类非常有前景的碱金属离子