[发明专利]一种棉花基多孔生物质碳的制备方法

说明书

本发明涉及一种棉花基多孔生物质碳的制备方法，该制备方法包括如下步骤：（1）取一定重量份的棉花清洗干净、烘干，得到产物A；（2）将产物A与金属氯化物按一定质量比混合研磨，得到产物B；（3）将产物B平铺于氧化铝瓷舟中，置于惰性气氛的管式炉内，以一定的升温速率升温至800～1300℃下进行高温碳化，得到产物C；（4）将产物C浸泡于盐酸溶液中，得到产物D；（5）将产物D用水反复洗涤至pH=7，烘干，得到棉花基多孔生物质碳材料。本发明的优点在于：本发明以棉花为原料采用与金属氯化物研磨处理达到造孔目的，调控棉花与金属氯化物不同的质量比并控制合适的煅烧温度，制备出具有较大比表面积的多孔生物质碳。

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池负极材料的制备方法，特别涉及一种棉花基多孔生物质碳的制备方法。

背景技术

钠离子电池（SIB）的概念是在1970-1980年代提出的，与锂离子电池（LIB）并行。随后，LIB于1991年由索尼成功商业化，然后进行了大量研究以发展LIB。然而，关于SIB的研究几乎没有进行过，甚至被搁置了三十年，以至于对能量储存用钠插入材料的研究几乎消失。最近，涉及各种消费类电子产品，电动工具和电动汽车的众多电气设备的蓬勃发展导致了LIB的大量需求，这可能受到有限的锂资源储备（地球集群中20 ppm）的阻碍。鉴于此，研究人员再次关注SIB，因为富含钠资源（23600 ppm）。此外，Na元素在碱性金属组中与Li相邻，这样他们就有很多相似的理化性质。因此，当有效解决一些问题时，SIB可以复制LIB的成功。毫不奇怪，SIB的电化学原理类似于LIB的电化学原理，在充电过程中，Na⁺从正极中提取并迁移到负极以与负极材料反应。当放电时，发生相反的过程，从负极提取Na⁺并迁移到正极以返回到初始状态，这伴随着外部电路中的电子转移以提供电能。

与LIB相比，SIB具有以下特点：(1) 钠资源量丰富，价格便宜；(2) SIB允许使用低浓度的电解液，从而降低了成本；(3) Na⁺不与铝形成合金，负极可以使用铝箔作为集流体，进一步降低成本和重量；(4) SIB无过放电特性，允许放电到零伏。负极材料是目前制约的关键因素。SIB负极材料目前存在首次充放电效率不高和长循环性能差等缺点，因此开发出具有高首效和循环稳定性好的新型SIB负极材料迫在眉睫。

由于钠离子原子半径大比锂离子大，受石墨层间距较小 (0.34 nm) 限制，钠离子很难嵌入到石墨层间距中。硬碳作为SIB负极材料，比传统石墨电极材料具有很多优势。硬碳层间距较大，疏松多孔和相互交错的类石墨层状结构，能够储存大量的钠离子。选择合适的前驱体来合成硬碳尤为重要。

生物质资源丰富，含有丰富的碳元素，大部分属于可再生资源，用其制备的碳材料凭借其较好的导电性、高比表面积等优点引起世界各国科研工作者的普遍关注，同时其绿色、可持续、价格低廉、分布广泛、收集容易等特点，给工业化大规模生产带来便利。另外，生物质原材料制备的碳材料也反映了绿色化学的理念。棉花，作为最常见的农作物之一，在我国广泛种植，廉价易得，含有90 %以上的纤维素，将其通过碳化转化成多孔生物碳，用于SIB的负极材料，对于解决当前的能源危机和环境污染问题具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种制备工艺简单，原料易得，环境友好，并使产物具有较高的BET表面积的棉花基多孔生物质碳的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种棉花基多孔生物质碳的制备方法，其创新点在于：所述制备方法包括如下步骤：

步骤1：取一定重量份的棉花清洗干净、烘干，得到产物A；

步骤2：将产物A与金属氯化物按一定质量比混合研磨，得到产物B；

步骤3：将产物B平铺于氧化铝瓷舟中，置于惰性气氛的管式炉内，以一定的升温速率升温至800～1300 ℃下进行高温碳化，得到产物C；

步骤4：将产物C浸泡于盐酸溶液中，得到产物D；