[发明专利]利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法

说明书

本发明公开了一种利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法，包括以下步骤：步骤一、将落葵薯分别用乙醇和去离子水清洗后，烘干；步骤二、将烘干后的落葵薯置于高温炉内碳化，得到落葵薯衍生碳；步骤三、将落葵薯衍生碳研磨成粉末，用10～100目的筛子过筛，获得颗粒均匀的落葵薯衍生碳粉末，即钠离子电池电极碳材料。本发明的制备方法具有操作简单易行，可重复性强，成本低，对环境无污染的特点。利用本方法制备的落葵薯衍生碳材料作为室温钠离子电池的负极材料，能够有效增大材料自身比表面积，提高电池容量，增强电池循环性能。

技术领域

本发明属于电池电极材料领域，涉及一种钠离子电池电极碳材料，具体涉及一种利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法。

背景技术

锂离子电池虽然技术比较成熟，但是随其涉猎范围越来越广泛，特别是在电动汽车领域的大规模应用，我们不得不开始考虑锂离子电池的可持续发展问题。按照现在电动汽车的发展速度，全球的锂资源将无法有效满足动力锂离子电池的巨大需求，这会使原本稀缺的锂相关材料的价格进一步上涨，使电池成本持续升高，阻碍以电动汽车领域为代表的新能源产业的发展。由此，开发一种性能可媲美锂离子电池但同时价格低廉的储能技术迫在眉睫。

钠在地球中蕴藏量比锂要高4～5个数量级，因此，用钠代替锂能缓解锂的资源短缺问题。同时，不像锂有70％以上主要在南美洲，钠的分布在全球范围非常广泛，这就从商业的角度降低了资源垄断造成价格飙升的可能。由于钠与锂是同主族元素，具有相似的嵌入机理，使得在这两个体系中运用相似的化合物作为电极材料成为可能。但是由于钠离子的半径比锂大，其在电极材料中迁移缓慢，脱嵌过程复杂，导致可逆容量和倍率性能降低。目前，已提出多种可用于室温钠离子电池的正极材料，而在负极材料的研究中依然存在很多问题。

Fouletier等的研究结果表明，当石墨作为钠离子电池负极时电池容量仅为35mAh/g，这可能是因为NaC64的高阶嵌入化合物的生成取代了预想中的嵌入产物NaC6，这与锂离子嵌入石墨类负极后形成LiC6结构有很大不同。这可能是因为钠离子半径大，影响其在传统石墨类材料中的动力学、热力学过程，因此石墨不适合作为钠离子电池的负极材料。非石墨类的硬碳材料在之后研究中占据了主导地位，Alcántara研究小组系统研究了中间相碳微球作为钠离子电池负极的嵌入机理，随后他们将具有无定形和非多孔的炭黑作为负极材料，发现其可逆储钠容量可达200mAh/g。上述研究成果表明，钠离子电池负极材料的进展相对缓慢,挑战也最大。

落葵薯产于南美热带、亚热带地区，上世纪70年代作为观赏植物从东南亚引入我国，后由于人为管理不善以及落葵薯本身存活能力强等因素，在我国华南地区大规模分布。落葵薯生长快，缺乏病虫害的制约，使其在生长地区覆盖小乔木、灌木和草本植物，造成严重的生物入侵并由此引发水土流失等灾害。

本发明以价格低廉，存活力强且泛滥成灾的落葵薯为前驱体，通过简单的高温炭化以及碱活化的方式得到作为钠离子电池负极碳材料，并首次证实落葵薯衍生碳材料具有很高的可逆钠电比容量，可以当做钠离子电池负极材料使用。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种利用落葵薯制备钠离子电池电极碳材料的方法，包括以下步骤：

步骤一、将落葵薯分别用乙醇和去离子水清洗后，烘干；

步骤二、将烘干后的落葵薯置于高温炉内碳化，得到落葵薯衍生碳；

步骤三、将落葵薯衍生碳研磨成粉末，用10～100目的筛子过筛，获得颗粒均匀的落葵薯衍生碳粉末，即钠离子电池电极碳材料。

优选的是，所述步骤一中，烘干采用鼓风干燥箱，烘干的温度为50～100℃，时间为12-36小时；所述步骤二中碳化的升温速度为15-30℃/分钟，碳化时间为1-12小时，碳化温度为600-1000℃。