氮掺杂酚醛树脂基多孔炭微球及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种氮掺杂酚醛树脂基多孔炭微球及其制备方法和应用。该氮掺杂酚醛树脂基多孔炭微球的制备方法，包括以下步骤：1)将聚乙烯亚胺溶于溶剂中，搅拌得第一溶液；2)加入间苯二酚搅拌得第二溶液；3)加入三聚氰胺得第三溶液；4)加入甲醛溶液，搅拌得第四溶液；5)将第四溶液搅拌加热，随后加入氢氧化钾，继续搅拌加热，得第五溶液；6)将第五溶液抽滤、干燥、球磨、碳化，即得。本方法将小分子聚乙烯亚胺混入以间苯二酚和甲醛形成的酚醛树脂碳球前驱体中，在后续碳化过程小分子分支聚乙烯亚胺受热分解，在碳球内部留下孔径结构，同时氢氧化钾在表面刻蚀出孔洞结构，同时结合三聚氰胺氮掺杂，赋予了碳材料更加优良的导电性。赋予了碳材料更加优良的导电性。赋予了碳材料更加优良的导电性。

【技术实现步骤摘要】
氮掺杂酚醛树脂基多孔炭微球及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于材料
，具体涉及一种氮掺杂酚醛树脂基多孔炭微球及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着传统能源如石油，天然气，煤炭等的日益消耗，环保问题在近年来逐渐凸出。新能源如水，风，太阳能等正在大力发展，从电动工具到电动汽车等都对移动储能系统提出了更高的要求。锂离子以其稳定的容量，安全可靠的电性能，被应用于各种移动工具中。然而随着社会科技的发展日新月异，人们对锂离子电池续航能力要求越来越高。目前锂离子电池主要以磷酸铁锂(LiFePO4)和三元材料(Li(Ni
x
Co
y
Mn
1－x－y
)O)为主要正极材料，而负极主要以石墨为主，其能量密度为200
‑
300Wh
·
kg
‑1。
[0003]多孔碳球作为一种碳材料，具有良好的化学稳定性和优良的导电性，较大的比表面积以及较低的密度等优点，加上其规整的球形结构，使其成为一种具有广泛应用前景的材料。酚醛树脂作为碳源前驱体，因其可塑性好，合成可控性，在锂电负极方面应用较为广泛。
[0004]但是，现有酚醛树脂基多孔炭微球合成以模板法为主，模板主要有PS球(聚苯乙烯)、氧化锌、氧化锡等金属氧化物模板，模板原材料成本较高，且后期需要去除这模板材料得到多孔碳材料，这样增加了原料成本及制备成本，流程工艺耗时也延长，且制备的多孔碳材料比表面积不高，孔径分布不均匀不集中，多为大孔。
[0005]在锂电材料中常采用各种掺杂来提高材料的导电性，诸如磷掺杂，氮掺杂，金属氧化物掺杂，但掺杂所用工艺较复杂，如水热法、原位合成法等都工艺复杂，合成条件要求较高，难以实现大批量工业生产。
[0006]因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的工艺复杂，孔径分布不均匀问题，本专利技术的目的在于提供一种氮掺杂酚醛树脂基多孔炭微球及其制备方法和应用。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]本专利技术涉及一种氮掺杂酚醛树脂基多孔炭微球的制备方法，包括以下步骤：
[0010](1)将聚乙烯亚胺溶于溶剂中，搅拌，得到第一溶液；
[0011]所述聚乙烯亚胺的质量与溶剂的体积比为1g：(100
‑
300)mL；
[0012](2)将间苯二酚溶于第一溶液中，搅拌，得到第二溶液；
[0013]所述间苯二酚的质量与聚乙烯亚胺的质量比为10：(1
‑
3)；
[0014](3)取三聚氰胺溶于水中，超声分散后加入第二溶液中，得到第三溶液；
[0015]所述三聚氰胺的质量是间苯二酚质量的2％
‑
5％；
[0016](4)向第三溶液中加入甲醛溶液，搅拌，得到第四溶液；
[0017](5)将第四溶液搅拌、加热，随后加入氢氧化钾，继续搅拌、加热，得到第五溶液；
[0018](6)将第五溶液抽滤、干燥、球磨、碳化，即得。
[0019]优选的，所述溶剂为去离子水；所述聚乙烯亚胺为分支聚乙烯亚胺，分子量为200
‑
600。
[0020]优选的，所述聚乙烯亚胺的质量与溶剂的体积比为1g：100mL；所述间苯二酚的质量与聚乙烯亚胺的质量比为10：3；所述三聚氰胺的质量是间苯二酚质量的3％。
[0021]优选的，所述甲醛溶液的质量浓度为20％
‑
50％。
[0022]优选的，所述甲醛溶液的质量浓度为30％；所述间苯二酚的质量与甲醛溶液的体积比为1g：2mL。
[0023]优选的，所述氢氧化钾的浓度为1mol/L，氢氧化钾的体积与间苯二酚的质量比为1mL：1g。
[0024]优选的，步骤(1)的搅拌时间为20
‑
40min；步骤(2)的搅拌时间为20
‑
40min；步骤(3)的超声时间为5
‑
10min；步骤(4)的搅拌时间为20
‑
40min；
[0025]优选的，步骤(5)搅拌、加热在密闭反应釜中进行，搅拌的同时恒温加热，搅拌的转速为150
‑
400r/min，加热温度为60
‑
90℃；加入氢氧化钾前加热的同时搅拌12
‑
30h；加入氢氧化钾后，加热的同时继续搅拌20
‑
40min。
[0026]优选的，步骤(5)搅拌的转速为300r/min，加热温度为85℃，加入氢氧化钾前加热的同时搅拌24h；加入氢氧化钾后，加热的同时继续搅拌30min；
[0027]优选的，步骤(6)的干燥温度为70℃，干燥时间为8
‑
12h；球磨的转速为300r/min、球磨时间为20min；碳化温度为600
‑
900℃，碳化时间为1
‑
3h。
[0028]本专利技术提供一种氮掺杂酚醛树脂基多孔炭微球，由所述制备方法制备得到；
[0029]优选的，所述氮掺杂酚醛树脂基多孔炭微球内部具有孔径结构。
[0030]本专利技术提供一种氮掺杂酚醛树脂基多孔炭微球的应用，由所述制备方法制备得到的氮掺杂酚醛树脂基多孔炭微球在锂离子电池中的应用。
[0031]有益效果：
[0032]本专利技术方法将小分子聚乙烯亚胺混入以间苯二酚和甲醛形成的酚醛树脂碳球前驱体中，在后续碳化过程中，小分子分支聚乙烯亚胺受热分解，在碳球内部留下孔径结构，同时氢氧化钾在表面刻蚀出孔洞结构。本专利技术方法结合了三聚氰胺氮掺杂，氮掺杂赋予了碳材料更加优良的导电性。
[0033]本专利技术制备工艺简单，绿色环保，可以批量生产，所得氮掺杂酚醛树脂基多孔炭微球可广泛应用于超级电容器、锂离子电池等能源领域。
附图说明
[0034]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。其中：
[0035]图1为本实施例1制备的氮掺杂酚醛树脂基多孔炭微球的扫描电子显微镜图(SEM)及局部透射电子显微镜图(TEM)。
[0036]图2为本专利技术实施例1制备的氮掺杂酚醛树脂基多孔炭微球的X射线光电子能谱(XPS)谱图；
[0037]图3为本专利技术实施例1制备的氮掺杂酚醛树脂基多孔炭微球的吸附脱附曲线；
[0038]图4为本专利技术实施例1制备的氮掺杂酚醛树脂基多孔炭微球的孔径分布图；
[0039]图5为本专利技术实施例1制备的氮掺杂酚醛树脂基多孔炭微球的XRD分析图；
[0040]图6为本专利技术实施例1、对比例1制备的炭微球的阻抗对比图。
具体实施方式
[0041]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂酚醛树脂基多孔炭微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将聚乙烯亚胺溶于溶剂中，搅拌，得到第一溶液；所述聚乙烯亚胺的质量与溶剂的体积比为1g：(100
‑
300)mL；(2)将间苯二酚溶于第一溶液中，搅拌，得到第二溶液；所述间苯二酚的质量与聚乙烯亚胺的质量比为10：(1
‑
3)；(3)取三聚氰胺溶于水中，超声分散后加入第二溶液中，得到第三溶液；所述三聚氰胺的质量是间苯二酚质量的2％
‑
5％；(4)向第三溶液中加入甲醛溶液，搅拌，得到第四溶液；(5)将第四溶液搅拌、加热，随后加入氢氧化钾，继续搅拌、加热，得到第五溶液；(6)将第五溶液抽滤、干燥、球磨、碳化，即得。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为去离子水；所述聚乙烯亚胺为分支聚乙烯亚胺，分子量为200
‑
600。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯亚胺的质量与溶剂的体积比为1g：100mL；所述间苯二酚的质量与聚乙烯亚胺的质量比为10：3；所述三聚氰胺的质量是间苯二酚质量的3％。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述甲醛溶液的质量浓度为20％
‑
50％。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述甲醛溶液的质量浓度为30％；所述间苯二酚的质量与甲醛溶液的体积比为1g：2mL。6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钾的浓度为1mol/L，氢氧化钾的体积与间苯二酚的质量比为1mL：1g。7.如权利要求1所述的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永锋，刘泽萍，权军鹏，何志鹏，韩柳阳，侯冬轩，冯艳艳，慕朝阳，孙斌，刘慧慧，
申请(专利权)人：焦作伴侣纳米材料工程有限公司，
类型：发明
国别省市：