[发明专利]一种沥青基碳纳米片的制备方法及其应用

说明书

本发明属于碳材料制备技术领域，一种沥青基碳纳米片的制备方法及其应用，其中制备方法包括以下步骤：(1)将氯化钠与氯化钾置于球磨罐中球磨，(2)将沥青置于球磨罐中与步骤1制得的氯化钠及氯化钾混合盐球磨，(3)对步骤2所得混合物加热处理，(4)对步骤3所得混合物炭化处理，(5)将步骤4炭化后所得混合物，冷却后取出，采用去离子水洗涤，干燥后得到沥青基碳纳米片。本发明制备方法简单易行且绿色环保，氯化钠氯化钾用去离子水洗去后还可回收利用；生产成本低，原料采用来源丰富的煤沥青，易于获得且价格低廉；使用碳纳米片作为钾离子电池负极材料具有较高的可逆储钾容量和优异的循环性能。

技术领域

本发明涉及一种沥青基碳纳米片的制备方法及其应用，属于碳材料制备技术领域。

背景技术

电能是保证当今社会发展的关键能源，人们获取电能的方式多种多样，同时也需要多样的电能储存方式。电化学储能具有高效和方便等优点，在各种储能方式中被认为是一种更为合适的方式。传统的的锂离子电池具有能量效率高，寿命长等优点因而获得了大范围应用。但随着锂离子电池技术的发展和应用的扩大，金属锂有限的储量逐渐无法满足社会发展的需求，在应对大规模储能的需求时尤其如此，因而找到一种廉价且有效的储能方式便十分迫切。考虑到钾元素与锂元素属于同一主族，化学性质相近，钾离子与锂离子的标准还原电势也很接近，且在地壳中储量丰富易开采，原料成本低，因而钾离子电池在大规模储能应用上具有很大潜力，适合作为锂离子电池的替代品应用于大规模储能体系。

钾离子电池的工作原理与锂离子电池相同，均属于“摇椅式”电池。由于钾离子的离子半径较大，钾离子电池在充放电过程中会导致活性材料的体积发生膨胀，缩短电池寿命。因此推动钾离子电池发展的关键是设计出性能优异的电极材料，使其能够适应钾离子的不断插入和脱出。碳材料作为负极材料在锂离子和钠离子电池体系中取得了巨大成功，可作钾离子电池的负极材料。近年来，硬碳，软碳，多孔碳和纳米碳材料作为钾离子电池的负极材料得到了广泛的研究。缩短钾离子在电极中的扩散路径并提高碳负极的电导率可以有效的提高钾离子电池的倍率和循环性能。软碳材材料具有较高的电导率，但其无序排布的碳层会增加钾离子在负极中的扩散路径，硬碳材料的碳层排列较为有序，但面临电导率低的问题。目前制备同时具有以上两种特点的碳材料的方法仍有待进一步开发。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种沥青基碳纳米片的制备方法及其应用。该方法制备过程简单，选用来源丰富的煤沥青作为原料，所制备的叠砖状碳纳米片用作钾离子电池负极具有比容量高，倍率性能好和循环性能优异等优点。

为了实现上述发明目的，解决己有技术中存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种沥青基碳纳米片的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将氯化钠与氯化钾置于球磨罐中混合均匀后，球磨粉碎0.1-8h，球磨机转速控制在500-4000转/分，得到粒径为0.1-15μm的氯化钠与氯化钾混合盐，所述氯化钠与氯化钾的质量比为1:0.1-8；

步骤2、将软化点为120-320℃的沥青置于球磨罐中与步骤1制得的氯化钠及氯化钾混合盐均匀混合后，球磨粉碎0.1-8h，球磨机转速控制在500-4000转/分，所述沥青与氯化钠及氯化钾混合盐的质量比为1:10-500；

步骤3、将步骤2制得的混合物转入到石英舟，管式炉中在氮气或氩气保护下以2-5℃/min升温速率升温至220-320℃进行加热处理，加热时间控制在0.1-8h；

步骤4、将步骤3加热后所得到的混合物，管式炉中在氮气或氩气保护下以2-5℃/min升温速率升温至600-1600℃进行炭化处理，炭化时间控制在0.2-6h；

步骤5、将步骤4炭化后所得到的混合物，冷却降至室温后后取出，采用去离子水洗涤3-5次，然后转移至真空干燥箱，在70-90℃下干燥10-15h，得到目标材料沥青基碳纳米片。

所述方法制备的沥青基碳纳米片在钾离子电池负极材料中的应用。