[发明专利]一种利用皮革制备氮杂碳纤维电极材料的方法及电极

说明书

本发明属于能源存储材料及器件技术领域，具体涉及一种利用皮革制备氮杂碳纤维电极材料的方法，包括以下步骤，S1将废弃皮革置于固相力化学反应器中，制得微纳米皮革纤维；S2将步骤S1制得的微纳米皮革纤维在惰性气氛中热解，得到氮杂碳纤维电极材料。利用废弃皮革作为原料制备氮杂碳纳米材料，既可持续地解决了制备碳纳米材料的原料问题，又能高效地利用生物材料。因此，用这种生物废料开发出具有高价值的新型功能材料具有重要意义。

技术领域

本发明属于能源存储材料及器件技术领域，具体涉及一种利用皮革制备氮杂碳纤维电极材料的方法及电极。

背景技术

随着科技的不断进步，对于电池一类供能器件的各项性能的需求也在不断增加。而锂电池因其具有较高的安全性、高能量密度、工作电压高、使用寿命长且绿色环保等特点，目前作为供能器件广泛应用于各个电子产品领域。然而，石墨作为常用的商用电极材料已经接近容量极限，难以继续对其开发，想要提升锂电池的性能就要着手于新电极材料的研究。因此，各种碳纳米材料包括碳纳米管、碳纤维和石墨烯，由于动力学上有利于离子/电子传输的结构而被常用作电极材料来研究。其中，碳纤维因具有优良的导电性能且比表面积大，电化学性能稳定等性能而引起广泛关注。

碳纤维因其较小的密度、较大的比表面积、形貌可控和稳定的物理、电化学特性等优点，被认为是21世纪最尖端、最成熟的材料之一，其广阔的应用前景和潜在的商业价值引起人们极大的关注。由于碳纤维具有较大的比表面积、良好的电导率和耐酸碱腐蚀性，其作为锂电池电极材料或超级电容器电极材料展示出很大的应用潜力。而生物质可被用来合成具有高价值的碳纳米材料。因其数量充足，并且是一种对环境友好的可再生资源，故生物质是一种很好的潜在碳原料。

在皮革行业中加工的过程会产生大量的废弃皮革，每处理一吨皮/兽皮则产生600公斤的废弃皮革，对于这部分含铬的生物废料，采用填埋或焚烧等处理方式是低效且会对环境造成污染的。

发明内容

本发明的目的在于：解决上述现有技术中的不足，提供一种利用皮革制备氮杂碳纤维电极材料的方法，该方法通过固相力化学反应器，将皮革纤维剥离成微纳米皮革纤维，经固相力化学反应器处理后的皮革纤维，具有较大的比表面积；再经过高温热解，皮革纤维中的部分有机物和无机物分解，实现碳化过程，得到氮杂碳纤维。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种利用皮革制备氮杂碳纤维电极材料的方法，包括以下步骤，

S1将废弃皮革置于固相力化学反应器中，制得微纳米皮革纤维；

S2将步骤S1制得的微纳米皮革纤维在惰性气氛中热解，得到氮杂碳纤维电极材料。

进一步的，在所述步骤S1中，所述固相力化学反应器中在1-10MPa的压力、100rpm-2000rpm的转速下，制得所述微纳米皮革纤维。较优选的，所述固相力化学反应器中在2-5MPa的压力、900rpm-1500rpm的转速，制得所述微纳米皮革纤维。在该条件下，得到的皮革纤维的粒径更小，具有较高的比表面积，便于在热解过程中，皮革纤维中的有机物和无机物进行碳化，使碳化后的碳纤维的形态更佳，提高氮杂碳纤维的电学性能。

进一步的，所述微纳米皮革纤维的粒径为500nm～10μm。较优选的，所述氮杂碳纤维的粒径为150nm～5μm。

进一步的，所述热解反应的条件为，在温度为500-1500℃下反应1-12h。较优选的，在温度为700-1000℃下反应2-6h。需说明的是，在本发明中，温度在500-2500℃指的热解反应的最高温度，并在这个最高温度下保持1-12h。