[发明专利]来源于叶片的多孔碳基材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料合成领域，涉及多孔碳基材料及其制备方法，尤其涉及一种高比表面积的多孔碳基材料及其制备方法。

背景技术

锰酸锂的原料资源丰富，价格低廉，具有优良的热稳定性和耐过充性能，可作为电动车和电动工具等动力电源的正极材料。但是尖晶石锰酸锂在循环过程和高温条件下(55℃)的容量衰减过快，是制约它进一步市场化的主要因素。导致锰酸锂循环性能差的主要因素是：Mn在电解质中的溶解、电解液的分解和John-Teller效应。通过优化合成工艺以得到具有高电压、高密度、高比容量锰酸锂电池是现如今的锂离子电池正极材料发展的总体方向。

现有技术中，专利文献CN103825013A公开了一种四氧化三锰生产高温型锰酸锂的方法，所述锰酸锂制备过程采用四氧化三锰和碳酸锂为主要原料，并按锂锰配料摩尔比0.52-0.60，添加剂对应成品质量百分比为0.1％-1％，经过生料混合、一次烧结、一次粉碎、水洗与干燥、二次烧结、分级和混合、过筛、除铁、包装，其合成过程复杂。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种来源于多孔碳基材料及其制备方法。本发明的方法通过银杏叶碳基原料，利用简易的工艺，提取出具有高比表面积等优异空间性能的碳基材料。本发明优势在于：合成过程简单；同时在实验过程中，我们的材料仅需要按照比例添加，并没有具体操作细节要求，在实验步骤上更为简练；在电极材料的表现效果上，本发明的高性能锰酸锂电极材料在电池循环的测试中，首圈容量达到115mAhg-1以上，优于专利文献CN103825013A中公开的性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种来源于叶片的多孔碳基材料，由天然银杏树叶在预处理后，经过高温下烘焙而得，其比表面积达到417m²/g,总孔体积达到0.2866ml/g,平均孔直径达到2.74nm。当预处理不当，会降低比表面积等空间性能；当碳化温度过大或者碳化时间过长，会导致多孔结构坍塌，降低比表面积等空间性能；当碳化温度过低或者碳化时间过短，会导致碳化程度降低，影响其机械性能与电导率等。

本发明还提供了一种上述多孔碳基材料的制备方法，包括以下步骤：

A、将银杏叶用水清洗；

B、将洗净的银杏叶进行预处理，得到前驱物A；

C、将前驱物A清洗干净并干燥后，高温碳化处理得到黑色固体B；

D、将黑色固体B进行球磨处理，并用盐酸与纯水洗涤即得多孔碳基材料。

优选地，所述的预处理具体为：将银杏叶剪碎后再磁力搅拌下用盐酸溶液或碱溶液处理，然后过滤、洗涤，得前驱物A。

更优选地，用盐酸溶液或碱溶液处理的步骤中，所述盐酸溶液的浓度为1～2mol/L；所述碱溶液优选氢氧化钠溶液；所称处理时间为10-14h。

优选地，所述碳化处理具体包括：惰性气氛下，700-1000℃碳化处理3-6小时。当碳化温度过大或者碳化时间过长，会导致多孔结构坍塌，降低比表面积等空间性能；当碳化温度过低或者碳化时间过短，会导致碳化程度降低，影响其机械性能与电导率等。

优选地，所述球磨处理采用400r。

银杏叶制备多孔碳基材料中，用盐酸或氢氧化钠处理的目的是去除银杏叶中的矿物质及杂质，球磨处理的目的是细化碳材料，拓展其应用，如负载活性物。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、在制备多孔碳基材料的过程中，直接将天然银杏叶进行碳化，保留了天然有机物自身的碳骨架；

2、由于本专利采用天然银杏叶作为来源制备多孔碳基，过程简单，叶片来源广泛，故专利设计具有成本低，制备简易，适合放大等优点；

3、由于本专利制备的碳基材料具有比表面积大等诸多优异空间性能，同时本身具有良好的导电性，其应用潜力巨大，例如可以用于电极材料的改性与复合。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明制得的一种来源于叶片的多孔碳基材料在200微米尺度的SEM表征图；

图2为本发明制得的一种来源于叶片的多孔碳基材料在0.5微米的SEM表征图；

图3为利用本发明制得的一种来源于叶片的多孔碳基材料搭载四氧化三锰制成锂离子电池负极材料的充放电性能；

图4为不使用本发明制得的一种来源于叶片的多孔碳基材料搭载四氧化三锰制成锂离子电池负极材料的充放电性能。