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专利号: 2018111429625
申请人: 东北大学秦皇岛分校
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-12-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种硫掺杂硬碳材料,其特征在于,所述硬碳材料具有多孔结构,所述硫原子至少部分分布在所述硬碳材料的内部;

所述硬碳材料具有分级孔结构,分布有微孔、介孔和大孔;孔径分布为0.5nm~2μm;比2

表面积为280~1189m/g;

所述硬碳材料通过如下方法制备得到,所述方法包括如下步骤:(1)将高硫煤酸洗,然后浸渍于碱性溶液中,制得预产品;

(2)在保护性气氛下,将预产品进行热处理,制得硬碳材料。

2.如权利要求1所述的硫掺杂硬碳材料,其特征在于,所述硬碳材料中硫含量为2~

10wt%。

3.一种如权利要求1或2所述的硫掺杂硬碳材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:

(1)将高硫煤酸洗,然后浸渍于碱性溶液中,制得预产品;

(2)在保护性气氛下,将预产品进行热处理,制得硬碳材料。

4.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述高硫煤的硫含量为3~8wt%。

5.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述酸洗的过程包括:将所述高硫煤粉碎,浸渍于酸溶液中,过滤,干燥。

6.如权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述酸溶液包括盐酸溶液和/或氢氟酸溶液。

7.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述盐酸溶液的浓度为0.5~5mol/L。

8.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述氢氟酸酸溶液的浓度为0.1~1mol/L。

9.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述酸洗的时间为12~28h。

10.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述碱性溶液中溶质与酸洗后的高硫煤质量比为0.5:1~4:1。

11.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述的碱性溶液包括KOH溶液和/或NaOH溶液。

12.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述浸渍于碱性溶液中的时间为12~

28h。

13.如权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述干燥过程为冷冻干燥。

14.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述热处理温度为600~900℃。

15.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述热处理的升温速率为0.5~5℃/min。

16.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述热处理的时间为1~6h。

17.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述保护性气氛包括惰性气氛。

18.如权利要求17所述的制备方法,其特征在于,所述保护性气氛包括氮气气氛、氩气气氛和氦气气氛中的任意一种或至少两种的组合。

19.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)之后进行步骤(3):将硬碳材料进行酸溶液浸泡、洗涤、过滤和烘干过程。

20.如权利要求19所述的制备方法,其特征在于,所述酸溶液包括盐酸溶液和/或氢氟酸溶液。

21.如权利要求20所述的制备方法,其特征在于,所述酸溶液为盐酸溶液。

22.如权利要求19所述的制备方法,其特征在于,所述酸溶液的浓度为0.5~5mol/L。

23.如权利要求19所述的制备方法,其特征在于,所述酸洗的时间为6~24h。

24.如权利要求19所述的制备方法,其特征在于,所述洗涤包括去离子水洗涤。

25.如权利要求19所述的制备方法,其特征在于,所述烘干的温度为80~120℃。

26.如权利要求3所述的硫掺杂硬碳材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:

(1)将硫含量为3~8%的高硫煤在酸溶液中酸洗12~28h后,浸渍于碱性溶液中12~

28h,其中碱溶液溶质与酸洗后的高硫煤质量比为0.5:1~4:1,冷冻干燥后制得预产品;

(2)将预产品以0.5~5℃/min的升温速率至600~900℃温度下进行热处理,保温1~

6h,制得硬碳材料;

(3)将硬碳材料在0.5~5mol/L的盐酸溶液中浸泡6~24h、去离子水洗涤、过滤和80~

120℃烘干。

27.一种如权利要求1或2所述硫掺杂硬碳材料的用途,其特征在于,所述硬碳材料用于电池领域。

28.如权利要求27所述的用途,其特征在于,所述硬碳材料用于钾离子电池领域。

29.如权利要求28所述的用途,其特征在于,所述硬碳材料用作钾离子电池的负极材料。

30.一种钾离子电池,其特征在于,所述钾离子电池包括权利要求1或2所述的硫掺杂硬碳材料。

31.如权利要求30所述的钾离子电池,其特征在于,所述钾离子电池的负极材料包括权利要求1或2所述的硫掺杂硬碳材料。

32.如权利要求31所述的钾离子电池,其特征在于,所述钾离子电池的负极材料为权利要求1或2所述的硫掺杂硬碳材料。