[发明专利]一种氮掺杂硬碳材料、其制备方法及其作为负极的钾离子电池

权利要求书

1.一种氮掺杂硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将植物资源酸洗，然后浸渍于氮源水溶液中，制得预产品；

(2)在保护性气氛下，对预产品进行热处理，制得氮掺杂硬碳材料。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述热处理的具体步骤为从室温程序升温至预定温度后进行保温处理；

优选地，所述预定温度为700～1200℃；

优选地，所述程序升温的升温速率≤2℃/min；

优选地，所述保温处理的时间≤3h。

3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述植物资源包括植物废弃物；

优选地，所述植物资源包括核桃分心木梗、玉米皮、花生皮和柳叶中的任意一种或至少两种的组合。

4.如权利要求1-3之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述酸洗的过程包括：将所述植物废弃物浸渍于酸溶液中，过滤，干燥；

优选地，所述酸溶液的浓度为0.5～5mol/L；

优选的，所述酸洗的时间为12～26h；

优选地，所述酸溶液包括盐酸溶液，优选浓度为0.5～5mol/L的盐酸溶液；

优选地，所述氮源水溶液包括尿素水溶液、三聚氰胺水溶液和氨水中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述氮源与植物废弃物的质量比为0.1～2:1；

优选地，步骤(1)所述浸渍于氮源水溶液中的浸渍时间为8～24h；

优选地，所述干燥的方式包括冷冻干燥。

5.如权利要求1-4之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述保护性气氛包括惰性气氛，优选包括氮气气氛、氩气气氛和氦气气氛中的任意一种或至少两种的组合。

6.如权利要求1-5之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)之后进行步骤(3)：将硬碳材料进行酸溶液浸泡、洗涤、过滤和烘干过程；

优选地，所述酸溶液包括盐酸溶液；

优选地，所述酸溶液的浓度为0.5～5mol/L；

优选的，所述酸洗的时间为8～24h；

优选地，所述洗涤包括去离子水洗涤；

优选地，所述烘干的温度为80～120℃。

7.如权利要求1-6之一所述氮掺杂硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将植物废弃物浸渍于0.5～5mol/L的盐酸溶液中酸洗12～26h，然后浸渍于氮源水溶液中8～24h，其中氮源水溶液中氮源与植物废弃物的质量比为0.1～2:1，冷冻干燥后制得预产品；

(2)将预产品以升温速率≤2℃/min升至700～1200℃温度下进行热处理，保温时间≤3h，制得硬碳材料；

(3)将硬碳材料在0.5～5mol/L的盐酸溶液中浸泡8～24h、去离子水洗涤、过滤和80～120℃烘干，得到氮掺杂硬碳材料。

8.一种如权利要求1-7之一所述的氮掺杂硬碳材料的制备方法得到的氮掺杂硬碳材料，其特征在于，所述硬碳材料具有多孔结构，氮原子分布在所述硬碳材料表面及内部；

优选地，所述硬碳材料中氮含量为1～10wt％；

优选地，所述硬碳材料具有分级孔结构；

优选地，所述硬碳材料分布有微孔、介孔和大孔；

优选地，所述硬碳材料的孔径分布为2nm～6μm；

优选地，所述硬碳材料的比表面积为10m²/g～100m²/g；

优选地，所述硬碳材料的层间距为0.354～0.395nm。

9.一种如权利要求8所述氮掺杂硬碳材料的用途，其特征在于，所述硬碳材料用于电池领域，优选用于钾离子电池领域；

优选地，所述硬碳材料用作钾离子电池的负极材料。

10.一种钾离子电池，其特征在于，所述钾离子电池包括权利要求8所述的氮掺杂硬碳材料；

优选地，所述钾离子电池的负极材料包括权利要求8所述的氮掺杂硬碳材料；

优选地，所述钾离子电池的负极材料为权利要求8所述的氮掺杂硬碳材料。