[发明专利]一种N,P共掺甘蔗渣片状介孔炭锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种N,P共掺甘蔗渣片状介孔炭锂离子电池负极材料的制备方法。该锂离子电池负极材料具有优良的电化学性能，在电流密度为500mA/g下循环，最高比容量达2150.42mAh/g，比表面积达1576.7394m²/g，孔径分布在6‑24nm，表观片状形似蜂巢。先将甘蔗渣去除表面杂质，用氢氧化钾溶液进行水热处理，冷却后，洗至中性，烘干得灰色絮状前驱体，氮气保护下经炭化处理得甘蔗渣片状介孔炭材料，并以此为基底与掺杂剂磷酸二氢铵或磷酸氢二铵经研磨混合，在氮气保护下掺杂处理，即获得N,P共掺甘蔗渣片状介孔炭锂离子电池负极材料。本发明步骤简单，原料成本低，节约环保，在储能领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种N,P共掺甘蔗渣片状介孔炭锂离子电池负极材料的制备方法，涉及元素掺杂生物质炭负极材料制造技术领域。

背景技术

生物质是指利用大气、水、土壤等通过光合作用而产生的有机物质，包括动植物、微生物及生物的排泄物。生物质是地球上最丰富的碳源。生物质种类众多，其组成成分多种多样，因此基于生物质碳源所得炭材料的结构及性能也多种多样。元素掺杂生物炭是一种提高炭材料性能的有效途径，当前已经有许多制备元素掺杂生物炭材料的方法报道，有通过直接热解法将材料自身杂元素掺杂进碳晶格中(Rehman APark S J.Tunable nitrogen-doped microporous carbons:Delineating the role of optimum pore size forenhanced CO2 adsorption[J].Chemical Engineering Journal.2019,362:731-742.)，也有通过热解活化法将生物质与掺杂剂一起热解活化，得到元素掺杂生物质炭(Chen L F,Zhang X D,Liang H W,et al.Synthesis of nitrogen-doped porous carbonnanofibers as an efficient electrode material for supercapacitors[J].ACSNANO.2012,6(8):7092-7102.)，还有通过模板法将含有杂元素的前驱体和模板混合在液相中进行制备得到杂元素掺杂进生物质炭中(Lu J,Bo X,Wang H,et al.Nitrogen-dopedordered mesoporous carbons synthesized from honey as metal-free catalyst foroxygen reduction reaction[J].Electrochimica Acta.2013,108:10-16.)。利用甘蔗渣制备多孔炭作为锂离子电池负极材料的已有报道(陈民生,颜东亮,赵昀云等.甘蔗渣制备的多孔碳材料的储锂性能研究[J].中国科技论文.2017,12(10):1193-1197.Feng H B,HuH,Dong H W,et al.Hierarchical structured carbon derived from bagasse wastes:Asimple and efficient synthesis route and its improved electrochemicalproperties for high-performance supercapacitors[J].Journal of PowerSources.2016,302:164-173.)，然而，以甘蔗渣为碳源，先采用高温高压水热法结合碳化活化法对甘蔗渣进行处理得到均一片状介孔炭，再将介孔炭与单一掺杂剂混合后用高温进行热处理直接得到N,P共掺甘蔗渣片状介孔生物质炭锂离子电池负极材料的方法还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用甘蔗渣制备N,P掺杂处理片状介孔结构并具有较优电化学性能的负极材料及其制备方法。