得紙衍生微納結(jié)構(gòu)硬碳材料。
[0040] 實(shí)施例2采用本方法制備紙衍生微納結(jié)構(gòu)硬碳材料
[0041 ] S1、稱取5.0g的銅版紙和55ml的去離子水，加入到100ml的水熱反應(yīng)釜中，在溫度 為180°C的環(huán)境下反應(yīng)12h。反應(yīng)結(jié)束待自然降至室溫（18-25°C)，然后用水和乙醇各洗3次。 然后在溫度為60-110°C條件下，干燥10h，獲得水熱處理紙前驅(qū)體。
[0042] S2、取2.0g的水熱處理紙前驅(qū)體，加入(分散)到60ml的濃度為7M的氫氧化鉀溶液 中，攪拌lh后靜置36h，然后通過(guò)濾紙過(guò)濾，取過(guò)濾后的固體，在溫度為60-110°C條件下，干 燥8-16h，獲得干燥產(chǎn)物。
[0043] S3、將上述干燥產(chǎn)物，在氮?dú)?N2)氣氛下，以2-10°C/min的升溫速率進(jìn)行升溫，升 溫至700°C，活化碳化3h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，即獲得紙衍生微納結(jié)構(gòu)硬碳材料。
[0044] 實(shí)施例3采用本方法制備紙衍生微納結(jié)構(gòu)硬碳材料
[0045] S1、稱取7.0g的啞粉紙和55ml的去離子水，加入到100ml的水熱反應(yīng)釜中，在溫度 為170°C的環(huán)境下反應(yīng)8h。反應(yīng)結(jié)束待自然降至室溫（18-25°C)，然后用水和乙醇各洗3次。 然后在溫度為60-110°C條件下，干燥10h，獲得水熱處理紙前驅(qū)體。
[0046] S2、取3.0g的水熱處理紙前驅(qū)體，加入(分散)到60ml的濃度為5M的氫氧化鉀溶液 中，攪拌lh后靜置36h，然后通過(guò)濾紙過(guò)濾，取過(guò)濾后的固體，在溫度為60-110°C條件下，干 燥8-16h，獲得干燥產(chǎn)物。
[0047] S3、將上述干燥產(chǎn)物，在氮?dú)?N2)氣氛下，以2-10°C/min的升溫速率進(jìn)行升溫，升 溫至900°C，活化碳化5h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，即獲得紙衍生微納結(jié)構(gòu)硬碳材料。
[0048] 實(shí)施例4采用本方法制備紙衍生微納結(jié)構(gòu)硬碳材料
[0049] S1、稱取10.0g的白卡紙和85ml的去離子水，加入到100ml的水熱反應(yīng)釜中，在溫度 為200°C的環(huán)境下反應(yīng)5h。反應(yīng)結(jié)束待自然降至室溫（18-25°C)，然后用水和乙醇各洗3次。 然后在溫度為60-110°C條件下，干燥10h，獲得水熱處理紙前驅(qū)體。
[0050] S2、取4.0g的水熱處理紙前驅(qū)體，加入(分散)到60ml的濃度為3M的氫氧化鉀溶液 中，攪拌lh后靜置96h，然后通過(guò)濾紙過(guò)濾，取過(guò)濾后的固體，在溫度為60-110°C條件下，干 燥8-16h，獲得干燥產(chǎn)物。
[0051] S3、將上述干燥產(chǎn)物，在氮?dú)?N2)氣氛下，以2-10°C/min的升溫速率進(jìn)行升溫，升 溫至800°C，活化碳化2h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，即獲得紙衍生微納結(jié)構(gòu)硬碳材料。
[0052] 參見(jiàn)附圖，圖1為實(shí)施例1至4中制備的紙衍生微納結(jié)構(gòu)硬碳材料的XRD圖。圖中，橫 坐標(biāo)是角度，單位為％縱坐標(biāo)是相對(duì)強(qiáng)度，單位為(a.u.)。從圖中可以看出，碳化的碳材料 在2Θ為25°和45°處有很弱石墨的衍射峰。
[0053]圖2為實(shí)施例1至4中制備的紙衍生微納結(jié)構(gòu)硬碳材料的SEM圖。從圖中可以看出， 粗纖維被嚴(yán)重腐蝕，有孔的出現(xiàn)，從而形成了納米顆粒，這些納米顆粒粘結(jié)在一起構(gòu)成粗纖 維。納米顆粒有利于電子和鈉離子快速擴(kuò)散，而組裝的為微米結(jié)構(gòu)能有效減小比表面積，從 而降低表面膜(SEI)的形成，提高首次庫(kù)倫效率。
[0054] 圖3為實(shí)施例1至4中制備的紙衍生微納結(jié)構(gòu)硬碳材料作為鈉離子電池負(fù)極材料的 性能圖。圖3(a)為紙衍生微納結(jié)構(gòu)硬碳材料的充放電比容量圖，圖中，橫坐標(biāo)是比容量，單 位為mAh/g;縱坐標(biāo)是電壓，單位為V。從中可以看出，微納碳材料首次充電比容量為430mAh/ g，且在低電壓區(qū)間有一定的放電平臺(tái)，比容量較大，性能優(yōu)良。
[0055] 圖3(b)為紙衍生微納結(jié)構(gòu)硬碳材料的循環(huán)穩(wěn)定性圖，圖中，橫坐標(biāo)是循環(huán)次數(shù)，單 位為mAh/g;左側(cè)縱坐標(biāo)是比容量，單位為mAh/g;右側(cè)縱坐標(biāo)是庫(kù)倫效率，單位為％。圖中的 □表示充電，?表示放電，▽表示庫(kù)倫效率。從中可以看出，經(jīng)過(guò)100次循環(huán)后比容量仍能保 持在253mAh/g，說(shuō)明微納結(jié)構(gòu)硬碳的鈉電循環(huán)穩(wěn)定性好。
[0056] 本發(fā)明并不局限上述所列舉的【具體實(shí)施方式】，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明 工作原理和上面給出的【具體實(shí)施方式】，可以做出各種等同的修改、等同的替換、部件增減和 重新組合，從而構(gòu)成更多新的實(shí)施方式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 紙衍生微納結(jié)構(gòu)硬碳材料的制備方法，其特征在于，其步驟為： 51、 稱取0.1-10.0 g的紙?jiān)虾?5-85ml的去離子水，加入到25-100ml的水熱反應(yīng)釜中， 在溫度為120-200°C的環(huán)境下反應(yīng)2-12h，反應(yīng)結(jié)束待自然降至室溫，然后用水和乙醇各洗3 次，然后進(jìn)行低溫干燥處理，獲得水熱處理紙前驅(qū)體； 52、 取0.1-5.(^的水熱處理紙前驅(qū)體，加入到35-15〇1111的濃度為3-201的氫氧化鉀溶液 中，攪拌lh后靜置20-96h，然后通過(guò)濾紙過(guò)濾，取過(guò)濾后的固體進(jìn)行低溫干燥處理，獲得干 燥產(chǎn)物； 53、 將上述干燥產(chǎn)物在惰性氣氛下進(jìn)行高溫活化碳化處理，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，即 獲得紙衍生微納結(jié)構(gòu)硬碳材料。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紙衍生微納結(jié)構(gòu)硬碳材料的制備方法，其特征在于:所述紙?jiān)?料采用書紙、銅版紙、啞粉紙、灰卡紙、白卡紙和特種紙中的任意一種。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紙衍生微納結(jié)構(gòu)硬碳材料的制備方法，其特征在于:所述低溫 干燥處理為在溫度為60-110°C條件下，干燥8-16h。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紙衍生微納結(jié)構(gòu)硬碳材料的制備方法，其特征在于:所述高溫 活化碳化處理為以2-10°C/min的升溫速率升溫到600-1000°C，活化碳化2-10h。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紙衍生微納結(jié)構(gòu)硬碳材料的制備方法，其特征在于:所述惰性 氣氛為Ar或N2氣氛。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紙衍生微納結(jié)構(gòu)硬碳材料的制備方法，其特征在于:所述室溫 為 18-25°C。
【專利摘要】紙衍生微納結(jié)構(gòu)硬碳材料的制備方法，取紙?jiān)虾腿ルx子水加入到水熱反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束降至室溫，用水和乙醇各洗3次，然后進(jìn)行低溫干燥處理，獲得水熱處理紙前驅(qū)體；取水熱處理紙前驅(qū)體加入到氫氧化鉀溶液中，攪拌后靜置，然后通過(guò)濾紙過(guò)濾，取過(guò)濾后的固體進(jìn)行低溫干燥處理，獲得干燥產(chǎn)物；將干燥產(chǎn)物在惰性氣氛下進(jìn)行高溫活化碳化處理，即獲得紙衍生微納結(jié)構(gòu)硬碳材料，本發(fā)明的制備方法具有操作簡(jiǎn)便易行，可重復(fù)性強(qiáng)，成本低，對(duì)環(huán)境無(wú)污染的特點(diǎn)，利用本方法制備的紙衍生微納結(jié)構(gòu)硬碳材料作為室溫鈉離子電池的負(fù)極，能夠克服塊體石墨材料鈉離子電池容量低、循環(huán)穩(wěn)定性差等嚴(yán)重的問(wèn)題，具有循環(huán)穩(wěn)定性強(qiáng)、電池比容量高的特點(diǎn)。
【IPC分類】H01M4/583, C01B31/02, H01M10/38, B82Y40/00, H01M4/1393
【公開(kāi)號(hào)】CN105514507
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610072470
【發(fā)明人】鄭鵬, 劉婷, 郭守武
【申請(qǐng)人】陜西科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2016年2月2日