一种异原子掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用.pdf

(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CN110148733A(43)申请公布日2019.08.20(21)申请号201910463191.8(22)申请日2019.05.30(71)申请人中南大学地址410083湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号(72)发明人潘安强尹波唐艳(74)专利代理机构长沙市融智专利事务所(普通合伙)43114代理人魏娟(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/62(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图5页(54)发明名称一种异原子掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了异原子掺杂碳材料及其制备方法和应用。该方法所制备的掺杂碳材料是一种蜂窝状三维多层级孔结构材料：大孔是由相互交联的片状物构筑，而片状物由纳米颗粒堆叠而成，纳米颗粒之间分布无规的介孔和微孔。其制备方法是：先将聚丙烯腈溶解到N,N-二甲基甲酰胺溶液中，然后将含有目标掺杂原子的试剂(一种或多种)加入其中，再进行溶剂热反应得到前驱体，所述前驱体置于保护气氛中煅烧，即可得到纳米尺寸均一、电化学性能优异的单一或多原子掺杂碳材料。将其用作钠离子电池负极材料，钠离子电池表现出较高的比容量、优异的倍率性能和超长的循环稳定性。CN110148733ACN110148733A权利要求书1/1页1.一种异原子掺杂多孔碳材料，其特征在于：所述异原子掺杂多孔碳材料具有蜂窝状三维多层级孔结构，其中大孔由相互交联的片状物构筑，大孔直径为1～5μm，片状物由纳米颗粒组成，纳米颗粒之间分布介孔和微孔，纳米颗粒的大小为50～100nm。2.根据权利要求1所述的一种异原子掺杂多孔碳材料，其特征在于：所述杂原子选自硼、氮、磷、硫中的至少一种。3.制备如权利要求1或2所述的一种异原子掺杂多孔碳材料的方法，其特征在于：将含有聚丙烯腈的溶液或将含异原子源A、聚丙烯腈的溶液滴加至醇溶液中，获得悬浊液，对悬浊液进行溶剂热反应获得异原子掺杂碳材料前驱体，将前驱体置于保护气氛中煅烧即得异原子掺杂碳材料。4.根据权利要求3所述的一种异原子掺杂碳材料的制备方法，其特征在于：所述含PAN的溶液的配取方法为：将PAN在30～80℃的水浴温度下加入N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀即得含PAN的溶液；所述含PAN的溶液中，PAN的分子量选自150000和/或85000；所述含PAN的溶液中，PAN的质量分数2～10wt％。5.根据权利要求3所述的一种异原子掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于：所述异原子源A、聚丙烯腈(PAN)的溶液中，异原子源A的浓度为0.1～1.5mol/L。所述异原子源A选自硼源、磷源M、硫源P中的至少一种；所述硼源选自硼酸、硼酸三甲酯、硼酸三丁酯、硼酸三异丙酯、硼酸铵、四苯硼钠中至少一种；所述磷源M选自磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲酚酯、氨基三亚甲基膦酸中至少一种；所述硫源P选自硫脲、硫代乙酸、硫代氨基脲、硫代乙酰胺、L-半胱氨酸中的至少一种。6.根据权利要求3所述的一种异原子掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于：所述醇溶液选自丙三醇和醇M，所述醇M选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、乙二醇中的至少一种；按体积比计，丙三醇：醇M＝1:3～1:30。7.根据权利要求3所述的一种异原子掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于：将混合液以0.3～0.8mL/min的速度滴加至醇溶液中，滴加过程保持醇溶液为搅拌状态，滴加完毕后，继续搅拌10～30min即得悬浊液。8.根据权利要求3所述的一种异原子掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于：所述溶剂热反应的温度范围为150～200℃，溶剂热反应时间为3～12h；所述煅烧的温度范围为500～900℃，煅烧时间为1～10h，升温速率为1～10℃/min。9.根据权利要求3所述的一种异原子掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于：将异原子掺杂碳材料前驱体与异原子源B置于保护气氛中煅烧即得异原子掺杂碳材料；所述异原子源B为硫源q和磷源N中的至少一种；所述硫源q选自硫粉、硫脲、H2S、硫代氨基脲、硫代乙酰胺、L-半胱氨酸中的一种，所述磷源N选自红磷、次亚磷酸钠中的一种。10.根据权利要求1或2所述的一种异原子掺杂多孔碳材料应用，将异原子掺杂碳材料作为钠离子电池负极材料应用于钠离子电池中。2CN110148733A说明书1/6页一种异原子掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及异原子掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用；属于钠离子电池电极材料制备技术领域。背景技术[0002]近年来随着对锂离子电池的深入研究，以及各种消费类电子产品和电动汽车的需求量迅速增长，加速了锂离子电池产业化规模的扩张。然而，锂资源在地壳中的丰度很低(0.002％)，且分布极不均匀