CN109037680A - 一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料及其制备方法 - Google Patents

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卫欢欢
范金辰
徐群杰
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Abstract

本发明公开一种废弃物衍生氮掺杂的多孔碳负极储能材料及制备方法，即首先将婴儿使用后的尿不湿集中回收，取出里面的黄棕色的超吸水颗粒并控温‑50℃进行冷冻干燥，得到黄棕色干燥的前驱体在氮气、氦气或氩气保护的条件下，控制升温速率为1‑10℃/min升温至400‑1000℃进行煅烧15‑300min，然后自然冷却至室温，得到煅烧粗产物在环境湿度为40%以内的条件下用玛瑙研钵进行研磨、酸洗，然后再用60℃的二次蒸馏水离心洗涤3次，最后控温80℃进行真空干燥，即得长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料。其具有极高的起始容量，以及优异的循环稳定性和良好的倍率性能。制备方法简单，成本低廉，适用于大规模生产。

Description

一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种电池电极材料，具体涉及一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料及制备方法，属于材料学领域。
背景技术
由于石墨作为电池负极材料，在储锂条件下，只有有限的容量，因此基于硬碳机制的多孔碳储存更多的容量。而在钠电负极的时候，纸牌屋模型的杂乱结构更加有利于存储钠离子，因此对于多孔的硬碳基质的复合材料是十分有利于锂离子和钠离子的存储。但是这些来源于热解碳缺乏异质原子的掺杂改性，因为异质原子的改性能够提高本身不高的电子电导率，同时异质原子的掺杂能够有效提高电极材料本身的活性位点。综上所述，目前电池负极材料存在容量受限、循环不稳定等技术问题。
目前婴儿尿不湿应用后的并未受到重视，同时没有统一的处理，综上所述，经过我们的回收利用将其应用在储能电池电极上具有很好的前景，既能够完全对于其废物回收利用，利于环境保护；同时在储能负极材料展现出较好的循环特性，并且相比于石墨电极(372mAh/g)展现出具有较高的比容量。作为锂电循环300圈数容量约为515mAh/g。另外，在作为钠离子电池负极材料时，循环 1000圈容量约为199mAh/g。所制备的电极材料很明显具有良好的比容量以及可观的循环圈数。
而超吸水颗粒(Super Absorbent Particle，SAP)是一种新型功能高分子吸水性材料。它具有吸收比自身重几百到几千倍水的高吸水功能，并且保水性能优良，一旦吸水膨胀成为水凝胶时，即使加压也很难把水分离出来。因此，它在个人卫生用品、工农业生产、土木建筑等各个领域都有广泛用途。超吸水颗粒是一类含有亲水基团和交联结构的大分子，最早由Fanta等采用淀粉接枝聚丙烯腈再经皂化制得。按原料划分，有淀粉系(接枝物、羧甲基化等)、纤维素系(羧甲基化、接枝物等)、合成聚合物系(聚丙烯酸系、聚乙烯醇系等)几大类。其中聚丙烯酸系高吸水树脂较淀粉系及纤维素系相比，具有生产成本低、工艺简单、生产效率高、吸水能力强、产品保质期长等一系列优点，成为当前该领域的研究热点。在一系列的技术制备后可以形成多层的碳结构。这种经过一系列修饰的目标材料可以成为一种优质的电池负极材料。
高能的吸水性树脂也有它自己的特点：①高吸水性树脂是一种具有高分子固态网束结构的功能高分子；②亲水基团(羟基和羧基等)含量较多，亲水性强、保水性好；③形成网状结构；④水分子通过氢键与树脂分子链上的大量亲水基团发生水合作用，亲水基团离解；⑤电离产生的阴离子固定在高分子链上，阴离子之间的排斥作用使高分子网束展开，形成空穴；⑥游离的阳离子在树脂网络内浓度增大网络内外产生渗透压，三维交联结构扩张产生的相应的弹性收缩，最终达到吸水平衡。同时，其煅烧产物(类石墨烯衍生碳材料)作为二次电池的负极材料，拥有更高的比容量，更好的循环性能。同时在材料本身引进杂元素将会更加有助于比容量的稳定提升，将会增大材料本身的应用前景。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述的电池负极材料在充放电循环下容量衰减较快以及比容量较低等技术问题而提供了一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料，该长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料，由于极高的氮掺杂含量且有较多的活性位点等，因此具有充放电循环下，容量衰减比较慢的优点。
本发明的目的之二是提供上述的一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料的制备方法，该制备方法由于采用了废弃的婴儿尿不湿为原料，因此具有生产成本低、废物回收利用的特点。而且废物回收利用一直是社会关注的热点问题，对于废弃尿不湿的回收加以利用是一举两得。
本发明的技术原理
本发明通过废弃的婴儿使用后的尿不湿中的高分子吸水树脂聚丙烯酸钠吸收含氮元素的废弃物(婴儿***的尿液等***物、杂物)，随后通过冷冻干燥得到干凝胶前驱体，最后经高温煅烧活化酸洗制备得到目标产物。
吸水树脂作为一种新型功能高分子，其煅烧物在锂离子、钠离子电池中的应用拥有以下几个储能材料的优点：①三维多孔结构不仅为锂离子、钠离子和电子的存储、传输提供了有效的空间和路径；②能够增加与电解液的接触面积，充分利用电极上的活性材料，让锂、钠在充放电过程中充分地进入材料的内部；③还可以有效地抑制电极材料充放电过程中的容量衰减、防止团聚；④最终减少了电极材料极化和电池内阻，大大提高材料的循环稳定性和倍率性能。
实验的反应过程大体如下所述(前驱体颗粒形成水凝胶的原理)：高吸水性树脂是一种具有高分子固态网束结构的功能高分子；吸水树脂来自婴儿尿不湿的超吸水颗粒；
①亲水基团含量较多，亲水性强，保水性好；利用对树脂的超吸水作用，将取得的超吸水颗粒进行吸收去离子水或者金属盐溶液(诸如硝酸镍水溶液)；
②形成网状结构；硝酸镍晶体在去离子水中以离子形式存在(游离状态)；
③水分子通过氢键与树脂分子链上的大量亲水基团发生水合作用，亲水基团离解；
④电离产生的阴离子固定在高分子链上，阴离子之间的排斥作用使高分子网束展开，形成空穴；
⑤游离的阳离子在树脂网络内浓度增大网络内外产生渗透压，三维交联结构扩张产生的相应的弹性收缩，最终达到吸水平衡(形成水凝胶)；
⑥当溶液中的杂元素溶液完全进入到吸水树脂骨架内部(在婴儿体内杂元素溶液保持37℃左右以及婴儿在摇床来回震荡的过程中)，最后通过冷冻干燥将所收集的水凝胶干燥成干燥的凝胶(将黄棕色的水凝胶转变为黄棕色颗粒)。
本发明的技术方案
一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料，主要由N、C、O三种元素组成，其通过包括如下步骤的方法制备而成：
(1)废弃尿不湿的回收处理
将婴儿使用后的尿不湿集中回收，剥离出尿不湿外层的保护层，取出里面的黄棕色的超吸水颗粒(NSAP)，且不含有其它来自尿不湿的杂物如棉花等；
黄棕色的超吸水颗粒是由于尿不湿中的超吸水颗粒(SAP)吸收了婴儿的尿液而成的，所述的超吸水颗粒为聚丙烯酸钠，婴儿的尿液中包含无机盐，尿素、尿素和多种氮元素的氨基酸；
(2)干燥的前驱体的制备
将步骤(1)得到的黄棕色超吸水颗粒放入冷冻干燥仪中控制温度为 -50℃进行冷冻干燥，待水分消失得到黄棕色干燥的前驱体(NSAP-W)；
(3)将步骤(2)所得的黄棕色干燥的前驱体颗粒转移至管式炉中，起始温度 25℃，在氮气、氦气或氩气保护的条件下，控制升温速率为1-10℃/min 升温至400-1000℃进行第一次煅烧15-300min，优选控制升温速率为3℃ /min升温至650-750℃进行第一次煅烧60-180min，然后自然冷却至室温，得到煅烧粗产物；
(4)将步骤(3)所得的煅烧粗产物在环境湿度为40％以内的条件下用玛瑙研钵进行研磨30min，然后进行酸洗，酸洗后再用60℃的二次蒸馏水离心洗涤3次，最后控制温度为80℃进行真空干燥处理12h，得到长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料(NSAPC-W)；
所述的酸洗，即采用浓度为0.0001mol/L-10mol/L的盐酸、硫酸、或者硝酸水溶液进行搅拌30min后控制转速为3000-12000r/min离心洗涤 10-15min，优选采用浓度为0.1mol/L的盐酸水溶液进行搅拌30min后控制转速为8000r/min离心洗涤15min，离心所得的沉淀先用蒸馏水离心洗涤3次，然后再用无水乙醇离心洗涤3次，完成酸洗过程。
上述的一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料由于具有极高的储锂和储钠容量，因此可以作为锂离子和钠离子电池的负极材料，应用于锂离子和钠离子电池的负极制备中，从而在锂离子电池或钠离子电池中进行应用。
本发明的有益技术效果
本发明的一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料，由于采用的是吸收了婴儿的尿液的超吸水颗粒，该吸收了婴儿的尿液的超吸水颗粒就会含有大量的杂元素，尤其是氮元素，以其为三维网络框架结构通过干燥、高温煅烧、研磨、酸洗、干燥，最后得到长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料。
进一步，本发明的一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料，由于引用水凝胶构筑，其中吸水颗粒作为一种新型功能高分子材料，能够锁住更多的水分子以及水溶液。而且形成水凝胶内部交联编织结构，通过含有杂元素吸水颗粒冷冻干燥成固体颗粒前躯体设计构筑了三维多孔结构。通过这种三维交联的网状结构来构筑含氮元素的三维框架，使得氮掺杂的多孔碳负极储能材料在自身的多孔框架下具有更加良好的循环性能以及倍率性能。
进一步，本发明的一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料，将功能高分子和含氮元素杂质相结合，通过冷冻干燥、高温煅烧、高温活化得到氮掺杂多孔碳负极储能材料，显著提高了碳基材料在充放电过程中的循环稳定性，为废弃物回收作为真正的商用的稳定的碳基材料向前推进了一步，有着显著的实际应用。
进一步，本发明的一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料，由于以高分子热解产物聚丙烯酸钠为基底骨架材料，形貌特征呈均匀规则分布，提供材料充放电的长循环；来自婴儿尿液的杂质的氮元素均匀并且在稳定的嵌入在多孔碳基底片层当中，保证了最终所得的长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料的高比容量。
进一步，本发明的一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料，由于制备过程中采用的是废弃的婴儿尿不湿所用的超吸水颗粒，因此制备成本低廉，变废为宝。
进一步，本发明的一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料的制备方法简单，成本低廉，适用于大规模生产。
附图说明
图1：实施例1所得长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料在1μm倍率下的透射电镜图；
图2：实施例1步骤(2)所得的黄棕色干燥的前驱体的X射线衍射谱图(XRD)；
图3：实施例1所得长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料制备成锂离子电池的负极后组装而成的纽扣式锂离子电池在电流密度为i＝2000mA/g下的循环性能图，图中横坐标为循环圈数，纵坐标是达到的容量；
图4：实施例1所得长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料制备成钠离子电池的负极后组装而成的纽扣式钠子电池在电流密度为i＝2000mA/g下的循环性能图；图中横坐标为循环圈数，纵坐标是达到的容量。
具体实施方式
下面通过实施实例并结合附图对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。
本发明实施例中所得的长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料的电化学性能通过电化学工作站和蓝电测试***进行测试；所用的电化学工作站为辰华电化学工作站；蓝电测试***采用LAND-CT2001。电化学性能测试采用 2032/2016型纽扣电池测试，纽扣电池在充满氩气的手套箱中组装，手套箱内水的含量值和氧的含量值都保持在0.1ppm以下。
所用的透射电镜采用的是JEM公司生产的，型号为2100F的透透射电镜。
所用的X射线衍射仪，Bruker公司生产型号为D8advance。
所用的热重仪器为NETZSCH STA 409PC。
实施例1
一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料，主要由N、C、O三种元素组成，其通过包括如下步骤的方法制备而成：
(1)废弃尿不湿的回收处理
将婴儿使用后的尿不湿集中回收，剥离出尿不湿外层的保护层，取出里面的黄棕色的超吸水颗粒；黄棕色的超吸水颗粒为吸收了婴儿尿液后的聚丙烯酸钠；
(2)干燥的前驱体的制备
将步骤(1)得到的黄棕色的超吸水颗粒放入冷冻干燥仪中控制温度为-50℃进行干燥，待水分消失得到黄棕色干燥的前驱体(NSAP-W)；
(3)将步骤(2)所得的黄棕色干燥的前驱体颗粒转移至管式炉中，起始温度 25℃，在氮气保护的条件下，控制升温速率为3℃/min升温至650℃进行煅烧180min，然后自然冷却至室温，得到煅烧粗产物；
(4)将步骤(3)所得的煅烧粗产物在环境湿度为40％以内的条件下用玛瑙研钵进行研磨30min，然后进行酸洗，酸洗后再用60℃的二次蒸馏水离心洗涤3次，最后控制温度为80℃进行真空干燥处理12h，得到长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料(NSAPC-W)；
所述的酸洗，即采用浓度为0.1mol/L的盐酸水溶液进行搅拌30min后控制转速为8000r/min离心洗涤15min，离心所得的沉淀先用蒸馏水离心洗涤 3次，然后再用无水乙醇离心洗涤3次，完成酸洗过程。
采用透射电镜对上述所得的长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料在 1μm下的透射电镜图如图1所示，从图1中可以看出所得的长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料具有三维框架的分级多孔结构，由此表明了适宜于锂离子或钠离子的传输；
采用X射线衍射仪对上述步骤(2)所得的黄棕色干燥的前驱体(NSAP-W) 进行测定，所得的X射线衍射谱图如图2所示，从图2中可以看出上述所得的黄棕色干燥的前驱体(NSAP-W)是一种非晶材料，没有明显的衍射峰，由此表明了碳化产物是一种无定型材料。
按质量比计算，长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料：导电剂(所述的导电剂是乙炔黑)：粘接剂(所述的粘结剂是聚偏氟乙烯PVDF)为8：1： 1的比例，将上述长循环性能的氮掺杂多孔碳负极储能材料与导电剂、粘接剂进行混合均匀后得到的浆料，然后将浆料涂布在铜箔集流体上，得到锂离子电池的负极作为半电池在手套箱中组装成纽扣式锂离子电池。最后将组装好的纽扣式电池在蓝电测试***及电化学工作站进行电化学测试，在电流密度为 i＝2000mA/g的循环性能见图3所示，从图3中可以看出明显平稳的电化学性能，由此表明了电极材料具有较好的循环性能。
按质量比计算，长循环性能的氮掺杂多孔碳负极储能材料以有机溶剂(所述的有机溶剂是：N甲基吡咯烷酮NMP)作为溶剂；按照导电剂(所述的导电剂是乙炔黑)：粘接剂(所述的粘结剂是聚偏氟乙烯PVDF)：为8：1：1的比例，将上述长循环性能的氮掺杂多孔碳负极储能材料与导电剂、粘接剂进行混合均匀后得到的浆料，然后将浆料涂布在铜箔集流体上，得到钠离子电池的负极作为半电池在手套箱中组装成纽扣式钠离子电池。最后将组装好的纽扣式电池在蓝电测试***及电化学工作站进行电化学测试，在电流密度为i＝2000mA/g的循环性能见图4所示，从图4中可以看出明显平稳的电化学性能，由此表明了电极材料也具有较好的循环性能。
实施例2
一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料，主要由N、C、O三种元素组成，其通过包括如下步骤的方法制备而成：
(1)废弃尿不湿的回收处理
将婴儿使用后的尿不湿集中回收，剥离出尿不湿外层的保护层，取出里面的黄棕色的超吸水颗粒；黄棕色的超吸水颗粒为吸收了婴儿尿液后的聚丙烯酸钠；
(2)干燥的前驱体的制备
将步骤(1)得到的黄棕色的超吸水颗粒放入冷冻干燥仪中控制温度为-50℃进行干燥，待水分消失得到黄棕色干燥的前驱体(NSAP-W)；
(3)将步骤(2)所得的黄棕色干燥的前驱体颗粒转移至管式炉中，起始温度 25℃，在氩气保护的条件下，控制升温速率为3℃/min升温至650℃进行煅烧180min，然后自然冷却至室温，得到煅烧粗产物；
(4)将步骤(3)所得的煅烧粗产物在环境湿度为40％以内的条件下用玛瑙研钵进行研磨30min，然后进行酸洗，酸洗后再用60℃的二次蒸馏水离心洗涤1次，最后控制温度为80℃进行真空干燥处理12h，得到长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料；
所述的酸洗，即采用浓度为0.1mol/L的盐酸水溶液进行搅拌30min 后控制转速为8000r/min离心洗涤15min，离心所得的沉淀先用蒸馏水离心洗涤3次，然后再用无水乙醇离心洗涤3次，完成酸洗过程。
实施例3
一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料，主要由N、C、O三种元素组成，其通过包括如下步骤的方法制备而成：
(1)废弃尿不湿的回收处理
将婴儿使用后的尿不湿集中回收，剥离出尿不湿外层的保护层，取出里面的黄棕色的超吸水颗粒；黄棕色的超吸水颗粒为吸收了婴儿尿液后的聚丙烯酸钠；
(2)干燥的前驱体的制备
将步骤(1)得到的黄棕色的超吸水颗粒放入冷冻干燥仪中控制温度为-50℃进行干燥，待水分消失得到黄棕色干燥的前驱体(NSAP-W)；
(3)将步骤(2)所得的黄棕色干燥的前驱体颗粒转移至管式炉中，起始温度 25℃，在氩气保护的条件下，控制升温速率为5℃/min升温至750℃进行煅烧180min，然后自然冷却至室温，得到煅烧粗产物；
(4)将步骤(3)所得的煅烧粗产物在环境湿度为40％以内的条件下用玛瑙研钵进行研磨30min，然后进行酸洗，酸洗后再用60℃的二次蒸馏水离心洗涤3次，最后控制温度为80℃进行真空干燥处理12h，得到长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料；
所述的酸洗，即采用浓度为0.1mol/L的盐酸水溶液进行搅拌30min 后控制转速为8000r/min离心洗涤15min，离心所得的沉淀先用蒸馏水离心洗涤3次，然后再用无水乙醇离心洗涤3次，完成酸洗过程。
实施例4
一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料，主要由N、C、O三种元素组成，其通过包括如下步骤的方法制备而成：
(1)废弃尿不湿的回收处理
将婴儿使用后的尿不湿集中回收，剥离出尿不湿外层的保护层，取出里面的黄棕色的超吸水颗粒；黄棕色的超吸水颗粒为吸收了婴儿尿液后的聚丙烯酸钠；
(2)干燥的前驱体的制备
将步骤(1)得到的黄棕色的超吸水颗粒放入冷冻干燥仪中控制温度为-50℃进行干燥，待水分消失得到黄棕色干燥的前驱体(NSAP-W)；
(3)将步骤(2)所得的黄棕色干燥的前驱体颗粒转移至管式炉中，起始温度 25℃，在氩气保护的条件下，控制升温速率为10℃/min升温至850℃进行煅烧180min，然后自然冷却至室温，得到煅烧粗产物；
(4)将步骤(3)所得的煅烧粗产物在环境湿度为40％以内的条件下用玛瑙研钵进行研磨30min，然后进行酸洗，酸洗后再用60℃的二次蒸馏水离心洗涤3次，最后控制温度为80℃进行真空干燥处理12h，得到长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料；
所述的酸洗，即采用浓度为0.1mol/L的盐酸水溶液进行搅拌30min 后控制转速为8000r/min离心洗涤15min，离心所得的沉淀先用蒸馏水离心洗涤3次，然后再用无水乙醇离心洗涤3次，完成酸洗过程。
实施例5
一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料，主要由N、C、O三种元素组成，其通过包括如下步骤的方法制备而成：
(1)废弃尿不湿的回收处理
将婴儿使用后的尿不湿集中回收，剥离出尿不湿外层的保护层，取出里面的黄棕色的超吸水颗粒；黄棕色的超吸水颗粒为吸收了婴儿尿液后的聚丙烯酸钠；
(2)干燥的前驱体的制备
将步骤(1)得到的黄棕色的超吸水颗粒放入冷冻干燥仪中控制温度为-50℃进行干燥，待水分消失得到黄棕色干燥的前驱体(NSAP-W)；
(3)将步骤(2)所得的黄棕色干燥的前驱体颗粒转移至管式炉中，起始温度 25℃，在氮气保护的条件下，控制升温速率为5℃/min升温至750℃进行煅烧180min，然后自然冷却至室温，得到煅烧粗产物；
(4)将步骤(3)所得的煅烧粗产物在环境湿度为40％以内的条件下用玛瑙研钵进行研磨30min，然后进行酸洗，酸洗后再用60℃的二次蒸馏水离心洗涤3次，最后控制温度为80℃进行真空干燥处理12h，得到长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料；
所述的酸洗，即采用浓度为0.1mol/L的盐酸水溶液进行搅拌30min 后控制转速为8000r/min离心洗涤15min，离心所得的沉淀先用蒸馏水离心洗涤3次，然后再用无水乙醇离心洗涤3次，完成酸洗过程。
实施例6
一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料，主要由N、C、O三种元素组成，其通过包括如下步骤的方法制备而成：
(1)废弃尿不湿的回收处理
将婴儿使用后的尿不湿集中回收，剥离出尿不湿外层的保护层，取出里面的黄棕色的超吸水颗粒；黄棕色的超吸水颗粒为吸收了婴儿尿液后的聚丙烯酸钠；
(2)干燥的前驱体的制备
将步骤(1)得到的黄棕色的超吸水颗粒放入冷冻干燥仪中控制温度为-50℃进行干燥，待水分消失得到黄棕色干燥的前驱体(NSAP-W)；
(3)将步骤(2)所得的黄棕色干燥的前驱体颗粒转移至管式炉中，起始温度 25℃，在氮气保护的条件下，控制升温速率为5℃/min升温至750℃进行煅烧60min，然后自然冷却至室温，得到煅烧粗产物；
(4)将步骤(3)所得的煅烧粗产物在环境湿度为40％以内的条件下用玛瑙研钵进行研磨30min，然后进行酸洗，酸洗后再用60℃的二次蒸馏水离心洗涤3次，最后控制温度为80℃进行真空干燥处理12h，得到长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料；
所述的酸洗，即采用浓度为0.1mol/L的盐酸水溶液进行搅拌30min 后控制转速为8000r/min离心洗涤15min，离心所得的沉淀先用蒸馏水离
心洗涤3次，然后再用无水乙醇离心洗涤3次，完成酸洗过程。
实施例7
一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料，主要由N、C、O三种元素组成，其通过包括如下步骤的方法制备而成：
(1)废弃尿不湿的回收处理
将婴儿使用后的尿不湿集中回收，剥离出尿不湿外层的保护层，取出里面的黄棕色的超吸水颗粒；黄棕色的超吸水颗粒为吸收了婴儿尿液后的聚丙烯酸钠；
(2)干燥的前驱体的制备
将步骤(1)得到的黄棕色的超吸水颗粒放入冷冻干燥仪中控制温度为-50℃进行干燥，待水分消失得到黄棕色干燥的前驱体(NSAP-W)；
(3)将步骤(2)所得的黄棕色干燥的前驱体颗粒转移至管式炉中，起始温度 25℃，在氮气保护的条件下，控制升温速率为3℃/min升温至750℃进行煅烧60min，然后自然冷却至室温，得到煅烧粗产物；
(4)将步骤(3)所得的煅烧粗产物在环境湿度为40％以内的条件下用玛瑙研钵进行研磨30min，然后进行酸洗，酸洗后再用60℃的二次蒸馏水离心洗涤3次，最后控制温度为80℃进行真空干燥处理12h，得到长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料；
所述的酸洗，即采用浓度为0.1mol/L的盐酸水溶液进行搅拌30min 后控制转速为8000r/min离心洗涤15min，离心所得的沉淀先用蒸馏水离心洗涤3次，然后再用无水乙醇离心洗涤3次，完成酸洗过程。
实施例8
一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料，主要由N、C、O三种元素组成，其通过包括如下步骤的方法制备而成：
(1)废弃尿不湿的回收处理
将婴儿使用后的尿不湿集中回收，剥离出尿不湿外层的保护层，取出里面的黄棕色的超吸水颗粒；黄棕色的超吸水颗粒为吸收了婴儿尿液后的聚丙烯酸钠；
(2)干燥的前驱体的制备
将步骤(1)得到的黄棕色的超吸水颗粒放入冷冻干燥仪中控制温度为-50℃进行干燥，待水分消失得到黄棕色干燥的前驱体(NSAP-W)；
(3)将步骤(2)所得的黄棕色干燥的前驱体颗粒转移至管式炉中，起始温度 25℃，在氮气保护的条件下，控制升温速率为3℃/min升温至650℃进行煅烧60min，然后自然冷却至室温，得到煅烧粗产物；
(4)将步骤(3)所得的煅烧粗产物在环境湿度为40％以内的条件下用玛瑙研钵进行研磨30min，然后进行酸洗，酸洗后再用60℃的二次蒸馏水离心洗涤3次，最后控制温度为80℃进行真空干燥处理12h，得到长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料；
所述的酸洗，即采用浓度为0.1mol/L的盐酸水溶液进行搅拌30min 后控制转速为8000r/min离心洗涤15min，离心所得的沉淀先用蒸馏水离心洗涤3次，然后再用无水乙醇离心洗涤3次，完成酸洗过程。
综上所述，本发明的一种废弃物衍生氮掺杂的多孔碳负极储能材料的制备方法，从简单的制备方法得到了多孔碳材料，表现出极好的电化学循环性能，优异的电化学性能归因于其废弃尿不湿内部的超吸水颗粒所衍生的三维框架结构和氮元素带来的诸多的活性位点。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料的制备方法，其特征在于具体包括如下步骤：
（1）废弃尿不湿的回收处理
将婴儿使用后的尿不湿集中回收，剥离出尿不湿外层的保护层，取出里面的黄棕色的超吸水颗粒，且不含有其它来自尿不湿的杂物；
所述的黄棕色的超吸水颗粒是由于婴儿尿不湿中的超吸水颗粒吸收了婴儿的尿液而成的，所述的超吸水颗粒为聚丙烯酸钠；
（2）干燥的前驱体的制备
将步骤（1）得到的黄棕色超吸水颗粒放入冷冻干燥仪中控制温度为-50℃进行冷冻干燥，待水分消失得到黄棕色干燥的前驱体；
（3）将步骤（2）所得的黄棕色干燥的前驱体颗粒转移至管式炉中，起始温度25℃，在氮气、氦气或氩气保护的条件下，控制升温速率为1-10℃/min升温至400-1000℃进行第一次煅烧15-300min，然后自然冷却至室温，得到煅烧粗产物；
（4）将步骤（3）所得的煅烧粗产物在环境湿度为40%以内的条件下用玛瑙研钵进行研磨30min，然后进行酸洗，酸洗后再用60℃的二次蒸馏水离心洗涤3次，最后控制温度为80℃进行真空干燥处理12h，得到长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料；
所述的酸洗，即采用浓度为0.0001 mol/L-10 mol/L的盐酸、硫酸、或者硝酸水溶液进行搅拌30min后控制转速为3000-12000 r/min离心洗涤10-15min，离心所得的沉淀先用蒸馏水离心洗涤3次，然后再用无水乙醇离心洗涤3次，完成酸洗过程。
2.如权利要求1所述的一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料的制备方法，其特征在于步骤（3）中控制升温速率为3℃/min升温至650-750℃进行第一次煅烧60-180min。
3.如权利要求2所述的一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料的制备方法，其特征在于步骤（4）中所述的酸洗即采用浓度为0.1 mol/L的盐酸水溶液进行搅拌30min后控制转速为8000r/min离心洗涤15min，离心所得的沉淀先用蒸馏水离心洗涤3次，然后再用无水乙醇离心洗涤3次，完成酸洗过程。
4.如权利要求1、2或3所述的制备方法得到的一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料。
5.如权利要求4所述的一种长循环性能的氮掺杂的多孔碳负极储能材料可作为锂离子和钠离子电池的负极材料，在锂离子电池或钠离子电池中应用。
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