[发明专利]一种基于废旧电路板制备F、N共掺杂碳材料的方法和应用

说明书

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种基于废旧电路板制备F、N共掺杂碳材料的方法和在钠离子电池中的应用。制备方法：(1)预处理：将废旧电路板粉碎，依次用酸溶液和碱溶液浸泡，然后水洗至中性，烘干，得到预处理后的电路板粉末；(2)将上述预处理后的电路板粉末，在惰性气体氛围中煅烧，即得到F、N共掺杂碳材料。本发明的F、N共掺杂碳材料作为电池的负极材料。本发明以废旧电路板为碳源，通过热解反应制备F、N共掺杂碳材料，解决了资源浪费和环境危害问题，应用在电池的电极材料中，可以提高了电极材料的比容量和循环稳定性。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，涉及一种F、N共掺杂碳材料的方法和应用，具体涉及一种基于废旧电路板制备F、N共掺杂碳材料的方法和在钠离子电池中的应用。

背景技术

随着时代科技的进步，电子产品成为时代主流进入了人们的生活。技术创新和快速电子产品的更换导致生产大量用过的电路板。特别是，印刷电路板(PCB)在每个电气和电子设备中普遍存在。随着电子用品的广泛使用，废旧电路板成为快速增长的废物之一，全球总约13亿吨，每年产生约2千万至5千万吨，它仍然以每年约4-5％的速度增长。该板具有复杂的组件，但主要由金属和非金属组成。计算机和通信设备中的印刷电路板由玻璃纤维增强环氧树脂(商业上称为FR-4)，电视，监视器和家用电子设备的印刷电路板主要使用由酚醛基聚合物材料(FR-2型)制成。如今，随着尺寸的进一步减小，印刷电路板的制造变得更加复杂，因此导致再循环或回收材料以进一步使用非常繁琐。通常在这些PCB中，聚合物和金属占据主要部分。目前，废弃电路板最为常见的处理技术就是填埋法和焚烧处理，但是由于废弃电路板在填埋后无法被生物完全降解也会造成环境污染，因此，垃圾填埋场废塑料的处理逐渐被消除。焚烧法处理废弃电路板是指通过焚烧产生可使用的热能，但是废弃塑料在在焚烧过程中，氯化氢和二噁英等有毒气体也会造成空气污染。大多数研究工作都集中在回收废弃印刷电路板中存在的有价值金属，但回收非金属部分(NMF)却被忽视，并再次作为二次废物填埋。

锂离子电池是国际公认的理想化学能源。锂离子电池的发展在电动汽车，智能电网和国家能源安全的发展中起着重要作用。但锂资源有限、分布不均且价格昂贵，钠资源丰富且易得，因此发展钠离子电池显得十分必要，钠离子电池被认为是可持续储能系统之一。虽然钠离子电池和锂离子电池的组成和工作原理相似。然而，由于钠离子的半径相对较大，因此难以相对于锂离子去除和嵌入钠离子。如果适用于锂离子电池的电极材料直接应用于钠离子电池，在充电和放电过程中，钠离子的来回可能被破坏，并且电极材料的晶体结构可能被损坏，导致其电化学性能不理想。同时，钠离子电池的较高作电压和较重的钠原子也使钠离子电池的能量密度和质量密度与锂离子电池无法比拟。但是，一般可用于钠离子电池的材料可以用于锂离子电池。此外，钠离子电池还面临其他缺点，如使用寿命短。因此，为了真正将钠离子电池应用于人们的生活中，有必要开发具有优异钠储存性能的新型电极材料。

发明内容

为了解决现有技术存在的废旧电路板的处理困难和钠离子电池的电极材料稳定性差的问题，本发明的目的在于提供一种基于废旧电路板制备F、N共掺杂碳材料的方法和应用。即用废弃的电路板为碳源在高温下热解制备杂原子F、N共掺杂碳材料，作为钠离子电池负极材料，具有良好的电化学稳定性。

本发明的技术方案如下：

一种基于废旧电路板制备F、N共掺杂碳材料的方法，包括如下步骤：

(1)预处理：将废旧电路板粉碎，依次用酸溶液和碱溶液浸泡，然后水洗至中性，烘干，得到预处理后的电路板粉末；

(2)将上述预处理后的电路板粉末，在惰性气体氛围中煅烧，即得到F、N共掺杂碳材料。

将废旧电路板粉碎后先用酸溶液浸泡除去电路板粉末中的一些金属杂质，然后再用水洗至中性后，再用碱溶液浸泡去除其他杂志等；如果采用先用碱溶液浸泡再酸溶液浸泡，则会导致碱先与电路板中的金属反应，在金属表面生成致密的氧化膜，再用酸溶液则较难处理，影响生成的F、N共掺杂碳材料的性能。