本發(fā)明屬于材料合成領(lǐng)域，涉及多孔碳基材料及其制備方法，尤其涉及一種高比表面積的多孔碳基材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

錳酸鋰的原料資源豐富，價(jià)格低廉，具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和耐過(guò)充性能，可作為電動(dòng)車(chē)和電動(dòng)工具等動(dòng)力電源的正極材料。但是尖晶石錳酸鋰在循環(huán)過(guò)程和高溫條件下(55℃)的容量衰減過(guò)快，是制約它進(jìn)一步市場(chǎng)化的主要因素。導(dǎo)致錳酸鋰循環(huán)性能差的主要因素是：mn在電解質(zhì)中的溶解、電解液的分解和john-teller效應(yīng)。通過(guò)優(yōu)化合成工藝以得到具有高電壓、高密度、高比容量錳酸鋰電池是現(xiàn)如今的鋰離子電池正極材料發(fā)展的總體方向。

現(xiàn)有技術(shù)中，專利文獻(xiàn)cn103825013a公開(kāi)了一種四氧化三錳生產(chǎn)高溫型錳酸鋰的方法，所述錳酸鋰制備過(guò)程采用四氧化三錳和碳酸鋰為主要原料，并按鋰錳配料摩爾比0.52-0.60，添加劑對(duì)應(yīng)成品質(zhì)量百分比為0.1％-1％，經(jīng)過(guò)生料混合、一次燒結(jié)、一次粉碎、水洗與干燥、二次燒結(jié)、分級(jí)和混合、過(guò)篩、除鐵、包裝，其合成過(guò)程復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種來(lái)源于多孔碳基材料及其制備方法。本發(fā)明的方法通過(guò)銀杏葉碳基原料，利用簡(jiǎn)易的工藝，提取出具有高比表面積等優(yōu)異空間性能的碳基材料。本發(fā)明優(yōu)勢(shì)在于：合成過(guò)程簡(jiǎn)單；同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們的材料僅需要按照比例添加，并沒(méi)有具體操作細(xì)節(jié)要求，在實(shí)驗(yàn)步驟上更為簡(jiǎn)練；在電極材料的表現(xiàn)效果上，本發(fā)明的高性能錳酸鋰電極材料在電池循環(huán)的測(cè)試中，首圈容量達(dá)到115mahg-1以上，優(yōu)于專利文獻(xiàn)cn103825013a中公開(kāi)的性能。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供了一種來(lái)源于葉片的多孔碳基材料，由天然銀杏樹(shù)葉在預(yù)處理后，經(jīng)過(guò)高溫下烘焙而得，其比表面積達(dá)到417m²/g,總孔體積達(dá)到0.2866ml/g,平均孔直徑達(dá)到2.74nm。當(dāng)預(yù)處理不當(dāng)，會(huì)降低比表面積等空間性能；當(dāng)碳化溫度過(guò)大或者碳化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致多孔結(jié)構(gòu)坍塌，降低比表面積等空間性能；當(dāng)碳化溫度過(guò)低或者碳化時(shí)間過(guò)短，會(huì)導(dǎo)致碳化程度降低，影響其機(jī)械性能與電導(dǎo)率等。

本發(fā)明還提供了一種上述多孔碳基材料的制備方法，包括以下步驟：

a、將銀杏葉用水清洗；

b、將洗凈的銀杏葉進(jìn)行預(yù)處理，得到前驅(qū)物a；

c、將前驅(qū)物a清洗干凈并干燥后，高溫碳化處理得到黑色固體b；

d、將黑色固體b進(jìn)行球磨處理，并用鹽酸與純水洗滌即得多孔碳基材料。

優(yōu)選地，所述的預(yù)處理具體為：將銀杏葉剪碎后再磁力攪拌下用鹽酸溶液或堿溶液處理，然后過(guò)濾、洗滌，得前驅(qū)物a。

更優(yōu)選地，用鹽酸溶液或堿溶液處理的步驟中，所述鹽酸溶液的濃度為1～2mol/l；所述堿溶液優(yōu)選氫氧化鈉溶液；所稱處理時(shí)間為10-14h。

優(yōu)選地，所述碳化處理具體包括：惰性氣氛下，700-1000℃碳化處理3-6小時(shí)。當(dāng)碳化溫度過(guò)大或者碳化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致多孔結(jié)構(gòu)坍塌，降低比表面積等空間性能；當(dāng)碳化溫度過(guò)低或者碳化時(shí)間過(guò)短，會(huì)導(dǎo)致碳化程度降低，影響其機(jī)械性能與電導(dǎo)率等。

優(yōu)選地，所述球磨處理采用400r。

銀杏葉制備多孔碳基材料中，用鹽酸或氫氧化鈉處理的目的是去除銀杏葉中的礦物質(zhì)及雜質(zhì)，球磨處理的目的是細(xì)化碳材料，拓展其應(yīng)用，如負(fù)載活性物。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、在制備多孔碳基材料的過(guò)程中，直接將天然銀杏葉進(jìn)行碳化，保留了天然有機(jī)物自身的碳骨架；

2、由于本專利采用天然銀杏葉作為來(lái)源制備多孔碳基，過(guò)程簡(jiǎn)單，葉片來(lái)源廣泛，故專利設(shè)計(jì)具有成本低，制備簡(jiǎn)易，適合放大等優(yōu)點(diǎn)；

3、由于本專利制備的碳基材料具有比表面積大等諸多優(yōu)異空間性能，同時(shí)本身具有良好的導(dǎo)電性，其應(yīng)用潛力巨大，例如可以用于電極材料的改性與復(fù)合。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本發(fā)明制得的一種來(lái)源于葉片的多孔碳基材料在200微米尺度的sem表征圖；

圖2為本發(fā)明制得的一種來(lái)源于葉片的多孔碳基材料在0.5微米的sem表征圖；

圖3為利用本發(fā)明制得的一種來(lái)源于葉片的多孔碳基材料搭載四氧化三錳制成鋰離子電池負(fù)極材料的充放電性能；

圖4為不使用本發(fā)明制得的一種來(lái)源于葉片的多孔碳基材料搭載四氧化三錳制成鋰離子電池負(fù)極材料的充放電性能。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

以下各實(shí)施例的一種來(lái)源于葉片的多孔碳基材料的基本制備原理為：先將銀杏樹(shù)葉經(jīng)過(guò)預(yù)處理液清洗，高溫碳化后，做表面處理并球磨，最后用鹽酸與純水進(jìn)行洗滌，得到所述多孔碳基材料。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供了一種來(lái)源于葉片的多孔碳基材料及其制備方法，所述的一種來(lái)源于葉片的多孔碳基材料在高溫環(huán)境下反應(yīng)制得，比表面積達(dá)到417m²/g,總孔體積達(dá)到0.2866ml/g,平均孔直徑達(dá)到2.74nm。其制備步驟如下：

1、采用電子天平稱取500mg的銀杏樹(shù)葉在磁力攪拌下用1mol/l的鹽酸處理12h；

2、將上述材料過(guò)濾后，分別用乙醇和水清洗3次，并干燥；

3、將產(chǎn)物900℃處理180min，完成碳化，得到黑色碳材料；

4、將上述產(chǎn)物進(jìn)行用表面活性劑處理后，進(jìn)行球磨；

5、浸泡在100ml濃度為0.5mol/l的鹽酸中120min后用純水清洗3次；

6、干燥后得到多孔碳基材料。

將所制得的試樣進(jìn)行各項(xiàng)特性測(cè)試，結(jié)果參見(jiàn)圖1、2：

圖1為制得的一種來(lái)源于葉片的多孔碳基材料在200微米尺度下的sem表征圖；

圖2為制得的一種來(lái)源于葉片的多孔碳基材料在0.5微米尺度下的sem表征圖。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供了一種來(lái)源于葉片的多孔碳基材料及其制備方法，所述的一種來(lái)源于葉片的多孔碳基材料在高溫環(huán)境下反應(yīng)制得，比表面積達(dá)到417m²/g,總孔體積達(dá)到0.2866ml/g,平均孔直徑達(dá)到2.74nm。其制備步驟如下：

1、采用電子天平稱取500mg的銀杏樹(shù)葉在磁力攪拌下用2mol/l的鹽酸處理12h；

2、將上述材料過(guò)濾后，分別用乙醇和水清洗3次，并干燥；

3、將產(chǎn)物900℃處理240min，完成碳化，得到黑色碳材料；

4、將上述產(chǎn)物進(jìn)行用表面活性劑處理后，進(jìn)行球磨；

5、浸泡在100ml濃度為0.5mol/l的鹽酸中120min后用純水清洗3次；

6、干燥后得到多孔碳基材料。

7、將碳基材料分散在一定濃度的乙酸錳與氫氧化鉀的乙醇溶液中，反應(yīng)24小時(shí)；

8、將上述乙醇分散液抽濾分離，并洗滌干燥，得到在多孔碳基上搭載四氧化三錳的鋰離子電池負(fù)極復(fù)合材料。

本實(shí)施例制得的一種來(lái)源于葉片的多孔碳基材料的各項(xiàng)特性測(cè)試結(jié)果與實(shí)施例1相同。

圖3為所得的在多孔碳基上搭載四氧化三錳的鋰離子電池負(fù)極復(fù)合材料的充放電性能，50次循環(huán)后，容量大于450mahg^-1。

對(duì)比例1

本對(duì)比例提供了一種來(lái)源于葉片的多孔碳基材料的制備方法，與實(shí)施例1相同，不同之處僅在于：本對(duì)比例中采用的碳化時(shí)間為480min。由此制備的多孔碳基材料比表面積為250.7986m²/g，總孔體積為0.1621ml/l，平均孔直徑為2.59nm。

對(duì)比例2

本對(duì)比例提供了一種來(lái)源于葉片的多孔碳基材料的制備方法，與實(shí)施例1相同，不同之處僅在于：本對(duì)比例中不經(jīng)過(guò)預(yù)處理。由此制備的多孔碳基材料比表面積為80.5090m²/g，總孔體積為0.0845ml/l，平均孔直徑為4.2nm。

對(duì)比例3

本對(duì)比例提供了一種來(lái)源于葉片的多孔碳基材料的制備方法，與實(shí)施例2相同，不同之處僅在于：本對(duì)比例中在制備鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)不添加碳基材料。由此制備的高性能錳酸鋰電極材料的性能如圖4所示，50次循環(huán)后，可逆容量小于200mahg^-1。

綜上所述，本專利所采用銀杏葉作為碳源，銀杏葉獨(dú)特的生物結(jié)構(gòu)，使其碳化后形成的碳材料具有天然且規(guī)則的三維立體多孔結(jié)構(gòu)，具有高比表面積等優(yōu)異的空間性能，多孔碳基在鋰離子電池四氧化三錳負(fù)極的制備中有明顯的優(yōu)化作用，具有較好的創(chuàng)新性。由于本專利采用天然銀杏葉作為仿生模板來(lái)制備三維多孔碳，因此本專利設(shè)計(jì)具有成本低，過(guò)程簡(jiǎn)易，適合放大等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)指出，以上實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而并不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。