本發(fā)明涉及新材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種堿活化多孔碳及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著新能源電池領(lǐng)域的高速發(fā)展，對(duì)高比能量電極材料提出了更高的要求，硅基負(fù)極材料因?yàn)槠淅碚摫热萘扛哌_(dá)4200mah/g，被認(rèn)為是新能源技術(shù)領(lǐng)域最具潛力的負(fù)極材料。在產(chǎn)業(yè)界與學(xué)術(shù)界同仁的共同努力推動(dòng)下，第一代硅碳負(fù)極材料主要對(duì)納米硅粉進(jìn)行cvd包覆制備硅碳負(fù)極材料，第二代硅碳負(fù)極材料對(duì)氧化亞硅進(jìn)行cvd包覆，第三代硅碳負(fù)極材料通過(guò)對(duì)氧化亞硅進(jìn)行預(yù)鋰化或預(yù)鎂化后，再次進(jìn)行cvd包覆。但在實(shí)際應(yīng)用中，以上三代工藝路線所制備的硅碳負(fù)極材料其循環(huán)穩(wěn)定性及放電比容量，均未得到有效的發(fā)揮。

2、近年來(lái)，在多孔碳材料表面進(jìn)行硅烷裂解沉積制備得到氣相硅碳負(fù)極材料，成為學(xué)術(shù)界與工業(yè)界共同認(rèn)可的第四代硅基負(fù)極材料發(fā)展趨勢(shì)，因此也迎來(lái)了多孔碳材料的快速發(fā)展。但也帶來(lái)了同樣的發(fā)展問(wèn)題。例如如何制備多孔碳材料，使其具備合理的孔結(jié)構(gòu)，孔分布以及孔大小，以達(dá)到硅烷均勻沉積的標(biāo)準(zhǔn)要求，并同時(shí)滿足在制備上操作簡(jiǎn)單，價(jià)格上成本低廉，并能實(shí)現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)得到批量化應(yīng)用。對(duì)于多孔碳材料行業(yè)來(lái)說(shuō)，尚處于發(fā)展萌芽，具有較大的研究、發(fā)展空間。

3、目前而言，多孔碳材料主要通過(guò)水蒸氣活化法以及堿活化法等方法制備獲得。堿活化法主要以氫氧化鉀或氫氧化鈉按照一定的質(zhì)量比與碳材料進(jìn)行混料后高溫炭化。如何選用合適的碳基材料作為多孔碳骨料，并使用何種高溫煅燒加工工藝路線，使得多孔碳材料在熱處理過(guò)程中實(shí)現(xiàn)合理的晶相轉(zhuǎn)變，并形成穩(wěn)定的碳骨架結(jié)構(gòu)，未具有較為明確的研究報(bào)道。從當(dāng)前氣相硅碳的研究結(jié)論中總結(jié)出，可以用于硅烷沉積多孔碳制備硅碳負(fù)極材料，對(duì)多孔碳的要求在于比表面積≥1500?m2/g，孔容≥0.8cm3/g，孔徑主要以微孔為主，在2~3nm之間。

4、因此，如何實(shí)現(xiàn)多孔碳材料的高效制備，并保證一定的比表面積，孔容、孔徑可以用作硅烷沉積制備硅碳負(fù)極材料，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的之一在于提供一種堿活化多孔碳的制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中多孔碳材料的制備效率不高的問(wèn)題。

2、本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，一種堿活化多孔碳的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括，將基質(zhì)炭與強(qiáng)堿性物質(zhì)按照質(zhì)量比為0.5~1：5加入到混料機(jī)內(nèi)均勻混合，得到混合物料，其中，混料機(jī)轉(zhuǎn)速為200~600?rpm，混料時(shí)間為3~30min；將混合物料放入坩堝中，并在惰性氣體環(huán)境下對(duì)混合物料進(jìn)行高溫煅燒并降溫，所述坩堝為石墨坩堝、剛玉坩堝陶瓷坩堝中的一種；使用去離子水對(duì)高溫煅燒完成后的混合物料進(jìn)行沖洗，所述沖洗包括將煅燒后的混合物料在去離子水中完全分散，使用去離子水沖洗并過(guò)濾3~6次混合物料；沖洗完成后使用濃度為0.5mol/l~9mol/l的強(qiáng)酸進(jìn)行浸泡混合物料，浸泡時(shí)間為2~8h，所述強(qiáng)酸為鹽酸或硝酸中的任意一種；浸泡完成后并過(guò)濾得到混合物料濾餅，將所述混合物料濾餅浸泡在離子水中并反復(fù)沖洗，直到ph值呈中性后進(jìn)行烘干。

3、進(jìn)一步地，基質(zhì)炭包括，生物質(zhì)基碳、樹脂基碳以及石油焦基碳中的一種或多種的組合。

4、進(jìn)一步地，強(qiáng)堿性物質(zhì)包括氫氧化鈉或氫氧化鉀中的一種或兩者的組合。

5、進(jìn)一步地，所述氫氧化鈉或氫氧化鉀兩者的組合其質(zhì)量比為0.1~1：1。

6、進(jìn)一步地，惰性氣氛的氣體為氮?dú)?、氦氣、氖氣、氬氣、氪氣和氙氣中的任意一種或兩種的組合，在惰性氣體環(huán)境下保持氧氣含量≤25ppm。

7、進(jìn)一步地，高溫煅燒包括兩段煅燒和兩段降溫過(guò)程，其中，兩段煅燒過(guò)程為，第一段升溫過(guò)程為，從25℃升溫到450~650℃，升溫速率為2~15℃/min，升溫到450~650℃后保持恒溫時(shí)間為0.5~2h，惰性氣體的流速為3~15?l/min；第二段升溫過(guò)程為，從450~650℃升溫到800~1000℃，升溫速率為2~15℃/min，升溫到800~1000℃后保持恒溫時(shí)間為0.5~6h，惰性氣體流速為3~15?l/min；兩段降溫過(guò)程為，第一段降溫過(guò)程，從800℃~1000℃，以20~50℃/h的降溫速率，降低溫度到500℃~600℃，惰性氣體的流速為3~15?l/min；第二段降溫過(guò)程，從500℃~600℃，以30~90℃/h的降溫速率降溫到25℃，惰性氣體的流速為5~25?l/min。

8、進(jìn)一步地，烘干包括，使用真空干燥箱或鼓風(fēng)干燥箱進(jìn)行烘干，烘干溫度為100℃~150℃，烘干時(shí)間為2~6h。

9、進(jìn)一步地，生物質(zhì)基碳包括，將玉米桿，杏殼，椰殼、核桃殼、木屑、竹子、甘蔗渣進(jìn)行炭化后得到的碳中的一種或多種的組合；所述生物質(zhì)基碳的揮發(fā)分含量為10~15wt%。

10、進(jìn)一步地，樹脂基碳包括，將熱固性酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、呋喃樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚氨酯樹脂以及聚酰胺樹脂直接炭化后得到的碳中的一種或多種的組合。

11、進(jìn)一步地，石油焦基碳包括，石油焦、針狀焦、煅后焦以及瀝青焦基碳中的一種或多種的組合，所述石油焦基碳的揮發(fā)分含量為5~12wt%。

12、本發(fā)明的另一方面提供了一種堿活化多孔碳。堿活化多孔碳材料根據(jù)如上所述的方法制備得到。

13、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

14、本發(fā)明通過(guò)堿活化來(lái)制備多孔碳材料，最終得到的多孔碳具有比表面積及孔徑、孔容可以進(jìn)行調(diào)控，同時(shí)制備步驟簡(jiǎn)單，無(wú)需價(jià)格昂貴輔助設(shè)備，成本低廉，制備安全，具有極強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)效益以及大規(guī)模應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種堿活化多孔碳的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堿活化多孔碳的制備方法，其特征在于，所述基質(zhì)炭包括，生物質(zhì)基碳、樹脂基碳以及石油焦基碳中的一種或多種的組合。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堿活化多孔碳的制備方法，其特征在于，所述強(qiáng)堿性物質(zhì)包括氫氧化鈉或氫氧化鉀中的一種或兩者的組合。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堿活化多孔碳的制備方法，其特征在于，所述惰性氣氛的氣體為氮?dú)狻⒑?、氖氣、氬氣、氪氣和氙氣中的任意一種或兩種的組合，在惰性氣體環(huán)境下保持氧氣含量≤25ppm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堿活化多孔碳的制備方法，其特征在于，所述高溫煅燒包括兩段煅燒和兩段降溫過(guò)程，其中，

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堿活化多孔碳的制備方法，其特征在于，所述烘干包括，使用真空干燥箱或鼓風(fēng)干燥箱進(jìn)行烘干，烘干溫度為100℃~150℃，烘干時(shí)間為2~6h。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的堿活化多孔碳的制備方法，其特征在于，所述生物質(zhì)基碳包括，將玉米桿、杏殼、椰殼、核桃殼、木屑、竹子和甘蔗渣進(jìn)行炭化后得到的碳中的一種或多種的組合；所述生物質(zhì)基碳的揮發(fā)分含量為10~15wt%。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的堿活化多孔碳的制備方法，其特征在于，所述樹脂基碳包括，將熱固性酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、呋喃樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚氨酯樹脂以及聚酰胺樹脂直接炭化后得到的碳中的一種或多種的組合。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的堿活化多孔碳的制備方法，其特征在于，所述石油焦基碳包括，石油焦、針狀焦、煅后焦以及瀝青焦基碳中的一種或多種的組合，所述石油焦基碳的揮發(fā)分含量為5~12wt%。

10.一種堿活化多孔碳，其特征在于，所述堿活化多孔碳根據(jù)權(quán)利要求1~9中任一項(xiàng)所述的方法制備得到。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種堿活化多孔碳及其制備方法，涉及新材料制備制備領(lǐng)域，所述制備方法包括，將基質(zhì)炭與強(qiáng)堿性物質(zhì)按照質(zhì)量比均勻混合，得到混合物料，將混合物料放入坩堝中，并在惰性氣氛保護(hù)下對(duì)混合物料進(jìn)行高溫煅燒并降溫；使用去離子水對(duì)高溫煅燒完成后的混合物料進(jìn)行沖洗過(guò)濾3~6次；沖洗完成后使用強(qiáng)酸進(jìn)行浸；浸泡完成后過(guò)濾得到混合物料濾餅，將所述混合物料濾餅浸泡在離子水中并反復(fù)沖洗，直到pH值呈中性后進(jìn)行烘干。本發(fā)明的通過(guò)堿活化來(lái)制備多孔碳材料，制備步驟簡(jiǎn)單，無(wú)需價(jià)格昂貴輔助設(shè)備，成本低廉，制備安全，具有極強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)效益以及大規(guī)模應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：劉仲剛,潘勝錦,高川,王霞,董昭青
受保護(hù)的技術(shù)使用者：成都愛敏特新能源技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19