CN113659136A - 一种有机酸根无机盐热解碳电极材料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种有机酸根无机盐热解碳电极材料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种有机酸根无机盐热解碳电极材料及其制备方法与应用，制备方法包括步骤：将有机酸根金属盐置于管式炉中，在预设条件下进行煅烧，得到中间产物A；向所述中间产物A中加入盐酸，搅拌静置后，得到中间产物B；将所述中间产物B洗涤、离心、烘干，得到有机酸根无机盐热解碳电极材料。本发明通过一步煅烧结合酸刻蚀法，制备出有机酸根无机盐热解碳电极材料，其原料廉价易得且制备过程简单，所得热解碳材料具有较大的层间距，能适应钾离子在循环过程中的嵌入和脱出，其介孔结构有利于提升其在钾离子电池中的电化学性能。

Description

一种有机酸根无机盐热解碳电极材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及纳米材料与电化学技术领域，具体而言，涉及一种有机酸根无机盐热解碳电极材料及其制备方法与应用。
背景技术
钾离子电池能提供较大的比能量，且钾离子的路易斯酸性比锂离子弱很多，因此钾离子在电解液溶剂中形成的溶剂化离子的半径比锂离子的要小很多，其在扩散动力学上的性能更加优异，有望获得高倍率性能。然而，钾离子电池电极材料在循环过程中会产生巨大的体积效应，如果电极材料的结构稳定性差，很容易导致电极材料的粉碎以及容量的快速衰减。因此设计构筑结构稳定、高容量的负极材料是钾离子电池发展的关键。
碳材料由于其较低的成本以及较好的结构稳定性被广泛研究应用于钾离子电池负极材料。目前被广泛研究的碳材料主要包括硬碳、软碳、石墨碳、石墨烯以及其他碳基复合材料。但是目前商用的硬碳材料在作为钾离子电池负极材料时，由于易形成不稳定的SEI膜并产生无法避免的副反应，使其容量保持率较低，经过一百圈循环后仅能保持约一半的容量，并且其结构不稳定，倍率性能差，无法承受大电流充放电。
因此，如何设计一种具有较大层间距结构、稳定性好的碳材料应用于钾离子电池领域，是目前亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种非有机酸根无机盐热解碳电极材料及其制备方法与应用，以解决现有碳材料在作为钾离子电池负极时稳定性差的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的:
一种有机酸根无机盐热解碳电极材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将有机酸根金属盐置于管式炉中，在预设条件下进行煅烧，得到中间产物A；
S2、向所述中间产物A中加入盐酸，搅拌静置后，得到中间产物B；
S3、将所述中间产物B洗涤、离心、烘干，得到有机酸根无机盐热解碳电极材料。
可选地，步骤S1中所述有机酸根金属盐包括对甲苯磺酸盐。
可选地，步骤S1中所述预设条件包括：惰性气体保护、所述管式炉升温速率在4℃/min至6℃/min范围内、煅烧温度在500℃至900℃范围内、煅烧时间在1.5h至2.5h范围内。
可选地，步骤S2中所述搅拌静置的时间在1.5h至2.5h范围内。
可选地，步骤S2中所述盐酸的质量分数在15％至25％范围内。
可选地，步骤S3中所述洗涤包括依次去离子水和异丙醇进行洗涤。
可选地，步骤S3中所述烘干的烘干温度在75℃至85℃范围内、烘干时间在12h至14h范围内。
本发明另一目的在于提供一种有机酸根无机盐热解碳电极材料，采用上述所述的有机酸根无机盐热解碳电极材料的制备方法制得。
可选地，所述有机酸根无机盐热解碳电极材料为二维纳米片有序堆积聚合形成的三维微米球状结构。
本发明第三目的在于提供一种如上述所述的有机酸根无机盐热解碳电极材料作为负极活性材料在钾离子电池领域的应用。
相对于现有技术，本发明提供的有机酸根无机盐热解碳电极材料及其制备方法与应用具有以下优势：
(1)本发明通过一步煅烧结合酸刻蚀法，制备出有机酸根无机盐热解碳电极材料，其原料廉价易得且制备过程简单，所得热解碳材料具有较大的层间距，能适应钾离子在循环过程中的嵌入和脱出，其介孔结构有利于提升其在钾离子电池中的电化学性能。
(2)本发明制备的有机酸根无机盐热解碳电极材料，作为负极活性材料组装的钾离子电池表现出较高的可逆比容量和较好的循环稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例所述有机酸根无机盐热解碳电极材料的XRD图；
图2是本发明实施例所述有机酸根无机盐热解碳电极材料的Raman图；
图3是本发明实施例所述有机酸根无机盐热解碳电极材料的SEM图；
图4是本发明实施例所述有机酸根无机盐热解碳电极材料的TEM图；
图5是本发明实施例所述有机酸根无机盐热解碳电极材料的电化学阻抗谱图；
图6是本发明实施例所述有机酸根无机盐热解碳电极材料的电压分布图；
图7是本发明实施例所述有机酸根无机盐热解碳电极材料的循环性能图；
图8是本发明实施例所述有机酸根无机盐热解碳电极材料的倍率性能图；
图9是本发明实施例所述有机酸根无机盐热解碳电极材料的大电流长循环性能图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
在本发明的描述中，应当说明的是，在本发明的实施例中所提到的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，并不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。本实施例所述的“在...范围内”包括两端端值，如“在1至100范围内”，包括1与100两端数值。
在本申请实施例的描述中，术语“一些具体实施例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
锂离子电池目前已经广泛应用于智能手机等便携式电子产品以及新能源汽车等领域，然而由于锂资源的紧缺以及其在地壳中不均匀的分布，锂离子电池在大型储能体系中的应用存在阻碍。钾与锂元素在元素周期表中位于同一主族，具有与锂相似的物理化学性质，其对应的离子电池的充放电原理也基本一致，属于环境友好型的新一代高能量密度储能原料。钾元素在地壳中的丰度很高，约占地壳元素储量的1.5％，比锂元素高三个数量级以上，并且钾元素均匀分布于地壳当中，因此保证了充足的原材料供应。K+/K氧化还原电位在一些常用的非水性电解质溶剂中较低，例如在PC溶剂中，K+/K的电势比Li+/Li的电势低0.32V，在EC/DEC中，K+/K的电势比Li+/Li的电势低0.15V，使得钾离子电池能提供更大的比能量。然而钾离子电池电极材料在循环过程中会产生巨大的体积效应，易导致电极材料的粉碎以及容量的快速衰减。
碳材料由于其较低的成本以及较好的结构稳定性被广泛研究应用于钾离子电池负极材料，然而其结构不稳定，倍率性能差。通常使用N、P、S、O等非金属元素对其进行掺杂，为碳材料提供更多的储钾活性位点，提升电池的容量，一定程度上也可以改善碳材料的润湿性，避免其部分表面与电解液的不良接触。目前研究较多的是使用MOF材料，但是MOF材料制备过程复杂，价格较高。大规模工业化生产的有机酸根金属盐(如对甲苯磺酸盐)具备与MOF材料相似的优良的三维形貌结构，且价格低廉。因此，如何对有机酸根金属盐进行修饰，使其能较好的应用于钾离子电池负极材料，是具有现实意义的研究课题。
为解决上述问题，本发明实施例提供了一种有机酸根无机盐热解碳电极材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将有机酸根金属盐置于管式炉中，在预设条件下进行煅烧，得到中间产物A；
S2、向中间产物A中加入盐酸，搅拌静置后，得到中间产物B；
S3、将中间产物B洗涤、离心、烘干，得到有机酸根无机盐热解碳电极材料。
本发明通过一步煅烧结合酸刻蚀法，制备出有机酸根无机盐热解碳电极材料，其原料廉价易得且制备过程简单，适合大规模商业化生产。所得有机酸根无机盐热解碳电极材料具有分级多孔的微米片结构，有较大的层间距，能适应钾离子在循环过程中的嵌入和脱出，其介孔结构有利于提升其在钾离子电池中的电化学性能。
具体地，步骤S1中有机酸根金属盐包括对甲苯磺酸盐。优选地，本发明实施例中甲苯磺酸盐包括对甲苯磺酸铁或对甲苯磺酸钠。
有机酸根金属盐置于管式炉中煅烧的预设条件包括：惰性气体保护、管式炉升温速率在4℃/min至6℃/min范围内、煅烧温度在500℃至900℃范围内、煅烧时间在1.5h至2.5h范围内。优选地，管式炉升温速率为5℃/min，煅烧温度为700℃范围内，煅烧时间为2h。
具体地，步骤S2中向中间产物A中加入盐酸后，搅拌静置的时间在1.5h至2.5h范围内，优选地，搅拌时间为2h。
其中，盐酸的质量分数在15％至25％范围内，优选地，盐酸质量分数为20％。
步骤S3中，将中间产物B进行洗涤，包括依次去离子水和异丙醇进行洗涤。
步骤S3中烘干的烘干温度在75℃至85℃范围内、烘干时间在12h至14h范围内，优选地，在80℃下烘干13h。
本发明实施例采用一步煅烧法结合酸刻蚀方法，通过调控煅烧温度参数实现大层间距、高比表面积、分级孔径分布的有机酸根无机盐热解碳电极材料的制备，原料成本低廉且易得、合成步骤简单、适合大规模生产。
本发明另一目的在于提供一种有机酸根无机盐热解碳电极材料，采用上述所述有机酸根无机盐热解碳电极材料的制备方法制得。该有机酸根无机盐热解碳电极材料为二维纳米片有序堆积聚合形成的三维微米球状结构，硫元素均匀分布在微米球中。纳米片较大的层间距能够适应钾离子在循环过程中嵌入和脱出带来的巨大体积变化，具有良好的结构稳定性，能够提供高容量保持率和高倍率性能，此外，硫元素的掺杂可以给钾离子的储存提供更多的活性位点，提供更高的容量。
本发明第三目的在于提供一种如上述的有机酸根无机盐热解碳电极材料作为负极活性材料在钾离子电池领域的应用。将有机酸根无机盐热解碳作为负极活性材料组装钾离子电池可以表现出高容量、高容量保持率、优异的倍率性能和较小的电化学阻抗。
在上述实施例的基础上，下面结合有机酸根无机盐热解碳电极材料的制备方法，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按质量计算。
实施例1
本实施例提供了有机酸根无机盐热解碳电极材料的制备方法，包括以下步骤：
1)在氮气气氛下，将2g对甲苯磺酸铁置于瓷舟，在管式炉中以5℃/min的升温速率从室温升至700℃并保温2小时，后随管式炉冷却至室温，得到中间产物A；
2)将质量分数为20％盐酸加入至烧制好的中间产物A中，并在室温下搅拌2小时，得到中间产物B；
3)分别使用去离子水和异丙醇对中间产物B各洗涤离心3次，在80℃烘箱中烘干一夜，最终得到有机酸根无机盐热解碳电极材料。
将实施例1制备的有机酸根无机盐热解碳电极材料进行性能测试，得到如图1-4所示的结果图。
图1为有机酸根无机盐热解碳电极材料的X-射线衍射(XRD)图，从图1可以看出，该有机酸根无机盐热解碳电极材料在2θ大约为24°和45°处可以观察到两个明显的宽衍射峰，分别对应于石墨的(002)和(101)两个晶面，但由图1可以看出，对应于(101)晶面的衍射峰较低，代表得到的产物为非晶结构且石墨化程度较低。
图2是实施例1所述有机酸根无机盐热解碳电极材料的拉曼光谱分析(Raman)图，从图2可以看出，有机酸根无机盐热解碳电极材料显示出明显的D峰和G峰，D峰代表石墨片边缘处无序碳的振动，G峰代表石墨碳的C-C键面内伸缩振动。碳材料石墨化程度可以通过D峰和G峰的相对强度比值R(R＝ID/IG)来反映，该碳材料的R值较高，代表碳材料具有较多的缺陷，石墨化程度较低，有利于为钾离子的储存提供活性位点，从而提供更高的电池容量。
图3是实施例1所述有机酸根无机盐热解碳电极材料的扫描电子显微镜(SEM)图，从图3可以看出，有机酸根无机盐热解碳电极材料为二维纳米片垂直堆积聚合形成的三维微米球结构，其直径约为20μm，而其多孔的三维结构有利于在钾离子的嵌入和脱出过程中保持较好的结构稳定性，可以获得更高的容量保持率。
图4是实施例1所述有机酸根无机盐热解碳电极材料的透射电子显微镜(TEM)图，从图4可以看出，纳米片作为微米球的组成单元具有多孔的结构，并且纳米片表面粗糙，有大量缺陷，有利于作为钾离子储存的活性位点，从而提供更高的容量。
将实施例1制备的有机酸根无机盐热解碳电极材料用作负极活性材料，以活性材料：导电剂(乙炔黑)：粘结剂(羧甲基纤维素钠)＝8:1:1的比例制备浆料，并涂布至集流体铜箔上烘干得到负极，以金属钾作为对电极，选取0.8M KPF6/EC:DEC＝1:1(vol％)为电解液，GF/D玻璃纤维为隔膜，CR2016型不锈钢电池外壳组装成扣式半电池。对扣式半电池进行测试，得到如图5-7所示的结果图。
图5是有机酸根无机盐热解碳电极材料的电化学阻抗谱图，从图5所示的奈奎斯特图数据可知，循环后的电解质电阻以及SEI膜迁移电阻有明显的下降，代表经过循环后的钾离子电池体系更加稳定。
图6是有机酸根无机盐热解碳电极材料的电压分布图，如图6所示的有机酸根无机盐热解碳电极材料在100mA g-1电流密度和0.01-3.0V电压窗口条件下的充放电曲线表明，该热解碳电极材料的首次放电比容量为743.78mA h g-1，首次库仑效率为32.5％，初始循环的不可逆容量主要是由于SEI的形成和K+的不可逆***。
图7是有机酸根无机盐热解碳电极材料的循环性能图，如图7所示，有机酸根无机盐热解碳电极材料电极在100mAg-1电流密度下，表现出良好的循环稳定性，初始充电比容量为241.8mA h g-1，经过100圈循环后，充放电比容量保持在150mA h g-1左右，体现其较好的循环稳定性。
综上测试结果表明，有机酸根无机盐热解碳电极材料具有优异的电化学性能，是一种高性能的钾离子电池负极材料。
实施例2
本实施例提供了有机酸根无机盐热解碳电极材料的制备方法，与实施例1区别在于：
步骤1)中，在氮气气氛下，将2g对甲苯磺酸铁置于瓷舟，在管式炉中以5℃/min的升温速率从室温升至500℃并保温2小时；
其余步骤和参数与实施例1相同。
以实施例2所得的有机酸根无机盐热解碳电极材料用作负极活性材料，并按上述方法装成扣式半电池，进行测试。结果如下：在100mA g-1电流密度下，首次放电比容量为417.9mA h/g，首次充电比容量为212.8mAh/g，100次循环后其放电比容量为126.4mA h/g，容量保持率约为49.4％。
实施例3
本实施例提供了有机酸根无机盐热解碳电极材料的制备方法，与实施例1区别在于：
步骤1)中，在氮气气氛下，将2g对甲苯磺酸铁置于瓷舟，在管式炉中以5℃/min的升温速率从室温升至600℃并保温2小时；
其余步骤和参数与实施例1相同。
以实施例3所得的有机酸根无机盐热解碳电极材料用作负极活性材料，并按上述方法装成扣式半电池，进行测试。结果如下：在100mA g-1电流密度下，首次放电比容量为524.6mA h/g，充电比容量为218.1mA h/g，100次循环后放电比容量为90.4m Ah/g，容量保持率约为41％。
实施例4
本实施例提供了有机酸根无机盐热解碳电极材料的制备方法，与实施例1区别在于：
步骤1)中，在氮气气氛下，将2g对甲苯磺酸铁置于瓷舟，在管式炉中以5℃/min的升温速率从室温升至800℃并保温2小时；
其余步骤和参数与实施例1相同。
以实施例4所得的有机酸根无机盐热解碳电极材料用作负极活性材料，并按上述方法装成扣式半电池，进行测试。结果如下：在100mA g-1电流密度下，首次放电比容量为505.9m Ah/g，充电比容量为186.5mA h/g，100次循环后放电比容量为127.2mA h/g，容量保持率约为55.61％。
实施例5
本实施例提供了有机酸根无机盐热解碳电极材料的制备方法，与实施例1区别在于：
步骤1)中，在氮气气氛下，将2g对甲苯磺酸铁置于瓷舟，在管式炉中以5℃/min的升温速率从室温升至900℃并保温2小时；
其余步骤和参数与实施例1相同。
以实施例5所得的有机酸根无机盐热解碳电极材料用作负极活性材料，并按上述方法装成扣式半电池，进行测试。结果如下：在100mA g-1电流密度下，首次放电比容量可为564.0mA h/g，充电比容量为136.6mA h/g，100次循环后放电比容量为133.4mA h/g，容量保持率约为74.4％。
实施例6
本实施例提供了有机酸根无机盐热解碳电极材料的制备方法，包括以下步骤：
1)在氮气气氛下，将2g对甲苯磺酸钠置于瓷舟，在管式炉中以5℃/min的升温速率从室温升至700℃，并在700℃下保温2小时，后随炉冷却至室温；
2)将质量分数为20％盐酸加入至烧制好的中间体产物中，并在室温下搅拌2小时；
3)分别使用去离子水和异丙醇对样品各洗涤离心3次，在80℃烘箱中烘干一夜，最终得到一种有机酸根无机盐热解碳电极材料。
以实施例6所得的一种有机酸根无机盐热解碳电极材料为例，在100mA g-1电流密度下，首次放电比容量可以达到529.3mAh/g，充电比容量为271.4mAh/g，50次循环后放电比容量为264.7mAh/g。
实施例7
本实施例提供了有机酸热解碳电极材料的制备方法，包括以下步骤：
1)在氮气气氛下，将2g对甲苯磺酸置于瓷舟，在管式炉中以5℃/min的升温速率从室温升至700℃，并在700℃下保温2小时，后随炉冷却至室温；
2)将质量分数为20％盐酸加入至烧制好的中间体产物中，并在室温下搅拌2小时；
3)分别使用去离子水和异丙醇对样品各洗涤离心3次，在80℃烘箱中烘干一夜，最终得到一种有机酸热解碳电极材料。
以实施例7所得的一种热解碳电极材料为例，在100mA g-1电流密度下，首次放电比容量可以达到263.6mAh/g，充电比容量为93.0mAh/g，100次循环后放电比容量为85.0mAh/g。
综上所述，实施例1-5是“对甲苯磺酸铁”在700℃、500℃、600℃、800℃和900℃下的碳化产物，实施例6是“对甲苯磺酸钠”在700℃的碳化产物，实施例7是“对甲苯磺酸”在700℃的碳化产物，可以看出，对甲苯磺酸铁和对甲苯磺酸钠这类对甲苯磺酸盐作为一种有机酸根无机盐，在一定范围的碳化温度下煅烧得到的碳化产物均可以作为钾离子电池负极材料，并且由于其具有分级多孔的纳米片结构，可适应钾离子的嵌入与脱出，从而表现出较优异的电化学性能。以对甲苯磺酸为代表的有机酸作为有机酸根无机盐的前驱体，通过相同实验方法得到的碳化产物不具备纳米片结构，作为钾离子电池负极材料具有较低的放电比容量。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种有机酸根无机盐热解碳电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将有机酸根金属盐置于管式炉中，在预设条件下进行煅烧，得到中间产物A；
S2、向所述中间产物A中加入盐酸，搅拌静置后，得到中间产物B；
S3、将所述中间产物B洗涤、离心、烘干，得到有机酸根无机盐热解碳电极材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述有机酸根金属盐包括对甲苯磺酸盐。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述预设条件包括：惰性气体保护、所述管式炉升温速率在4℃/min至6℃/min范围内、煅烧温度在500℃至900℃范围内、煅烧时间在1.5h至2.5h范围内。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述搅拌静置的时间在1.5h至2.5h范围内。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述盐酸的质量分数在15％至25％范围内。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述洗涤包括依次去离子水和异丙醇进行洗涤。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述烘干的烘干温度在75℃至85℃范围内、烘干时间在12h至14h范围内。
8.一种有机酸根无机盐热解碳电极材料，其特征在于，采用权利要求1-7中任一所述有机酸根无机盐热解碳电极材料的制备方法制得。
9.根据权利要求8所述的有机酸根无机盐热解碳电极材料，其特征在于，所述有机酸根无机盐热解碳电极材料为二维纳米片有序堆积聚合形成的三维微米球状结构。
10.一种如权利要求8或9所述的有机酸根无机盐热解碳电极材料作为负极活性材料应用于钾离子电池领域。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103806129A (zh) * 2014-02-19 2014-05-21 中国科学院化学研究所 一种氮掺杂多孔碳纤维材料及其制备方法与应用
CN104882607A (zh) * 2015-04-24 2015-09-02 北京化工大学 一种动物骨基类石墨烯锂离子电池负极材料及其制备方法
CN105247713A (zh) * 2013-05-22 2016-01-13 松下知识产权经营株式会社 钠离子二次电池用负极活性物质、其制造方法和钠离子二次电池
CN105810914A (zh) * 2016-05-13 2016-07-27 中南大学 一种钠离子电池硫掺杂多孔碳材料及其制备方法
CN106276882A (zh) * 2016-08-25 2017-01-04 北京化工大学 一种过渡金属元素循环利用的石墨化多孔碳的制备方法
CN106531999A (zh) * 2016-11-25 2017-03-22 武汉理工大学 嵌入式硫化钴与多孔碳纳米棒复合电极材料及其制备方法和应用
JP2018014188A (ja) * 2016-07-19 2018-01-25 株式会社豊田自動織機 負極活物質、負極電極、及び負極活物質の製造方法
CN109761216A (zh) * 2019-03-22 2019-05-17 大连理工大学 一种通用的、基于有机锌盐制备多孔碳材料的方法
CN110600710A (zh) * 2019-09-27 2019-12-20 北京化工大学 硫化铁-碳复合材料及其制备方法、锂离子电池负极材料、锂离子电池负极片和锂离子电池
CN111864204A (zh) * 2020-05-28 2020-10-30 武汉理工大学 自支撑石墨烯碳导电网络材料及其制备方法和应用

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105247713A (zh) * 2013-05-22 2016-01-13 松下知识产权经营株式会社 钠离子二次电池用负极活性物质、其制造方法和钠离子二次电池
CN103806129A (zh) * 2014-02-19 2014-05-21 中国科学院化学研究所 一种氮掺杂多孔碳纤维材料及其制备方法与应用
CN104882607A (zh) * 2015-04-24 2015-09-02 北京化工大学 一种动物骨基类石墨烯锂离子电池负极材料及其制备方法
CN105810914A (zh) * 2016-05-13 2016-07-27 中南大学 一种钠离子电池硫掺杂多孔碳材料及其制备方法
JP2018014188A (ja) * 2016-07-19 2018-01-25 株式会社豊田自動織機 負極活物質、負極電極、及び負極活物質の製造方法
CN106276882A (zh) * 2016-08-25 2017-01-04 北京化工大学 一种过渡金属元素循环利用的石墨化多孔碳的制备方法
CN106531999A (zh) * 2016-11-25 2017-03-22 武汉理工大学 嵌入式硫化钴与多孔碳纳米棒复合电极材料及其制备方法和应用
CN109761216A (zh) * 2019-03-22 2019-05-17 大连理工大学 一种通用的、基于有机锌盐制备多孔碳材料的方法
CN110600710A (zh) * 2019-09-27 2019-12-20 北京化工大学 硫化铁-碳复合材料及其制备方法、锂离子电池负极材料、锂离子电池负极片和锂离子电池
CN111864204A (zh) * 2020-05-28 2020-10-30 武汉理工大学 自支撑石墨烯碳导电网络材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MARTA SEVILLA 等: ""A general and facile synthesis strategy towards highly porous carbons: carbonization of organic salts"", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A》 *
XUANNI LIN 等: ""Facile Synthesis of FeS@C Particles Toward High-Performance Anodes for Lithium-Ion Batteries"", 《NANOMATERIALS》 *
张贺贺等: ""钾离子电池负极材料研究进展"", 《储能科学与技术》 *
邬斌洁等: "聚吡咯-分级多孔碳纳米复合材料的制备及其电化学性能", 《功能高分子学报》 *

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