本发明属于电池,具体涉及多酚晶体材料、多酚晶体碳材料及应用。
背景技术:
1、锂离子电池和钠离子电池系统在各个领域有着广泛的应用,从可再生能源存储到电动汽车。然而,关于锂/钠电池的高性能和环保开发遇到瓶颈。无机材料(如:石墨、金属氧化物和合金)不能既为电池带来高效的能量储存方面的高能量和功率密度,又保证低成本。据此,越来越多的生物质材料被关注到,生物质是一种可持续发展的自然资源,可用于制造多孔碳材料。利用竹生物炭、橄榄石、水稻、大豆残渣、木素磺酸盐和蚕茧制备的多孔碳基质构建li-s电池,效果良好。生物质衍生的多孔碳具有不同的形态、孔隙系统和导电骨架,这导致阴极的速率能力和循环稳定性不同。
2、生物质衍生的碳材料既可以作为锂/钠电池中的阳极材料,也可以作为锂硫电池中的阴极材料。但都面临以下问题:1.目前缺少来源广泛、低能耗、制备简单的生物基材料;2.大多数生物质衍生的碳材料是非晶态的,电导率较低;3.碳材料的性能和形态关系很大,然而两者之间的机理研究的并不清楚,限制了生物质碳材料在性能方面的进一步提升。因此,以简单、低成本的方式合成新的具有特定晶体结构的碳材料是至关重要的。
3、目前,生物质衍生碳作为锂/钠离子电池的阳极、或锂硫电池的阴极已被广泛报道。例如,果皮,木质素等。然而,化学成分的变化和生物质源的季节波动、低碳产量和形态都是不可控制的,导致工业化效率较低,无法控制形态学使得阳极循环性能较差。
4、鉴于此,特提出本发明。
技术实现思路
1、为解决背景技术中的问题,本发明提供了多酚晶体材料、多酚晶体碳材料及应用,该多酚晶体材料形态可控、结构稳定性高,经过碳化后作为锂/钠离子电池的阳极、或锂硫电池的阴极,循环稳定性好。
2、为实现上述目的,本发明采用的第一个技术方案为:
3、多酚晶体材料,为植物多酚在碱性条件下或氧化剂存在时,发生由氢键和π-π堆叠共同主导的自组装形成的三维超结构块体。
4、优选的,所述植物多酚包含塔拉单宁、五棓子单宁酸和鞣花酸。
5、优选的,所述碱性条件为ph为8-12。
6、优选的,氧化剂为tempo结构氧化剂,所述氧化剂与植物多酚的摩尔比为3:1-1:3。
7、优选的,所述tempo结构氧化剂包括2,2,6,6-四甲基哌啶氧、4-甲氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶氧、4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶氧。
8、本发明采用的第二个技术方案为:
9、多酚晶体材料的制备方法,将植物多酚溶于水后,加入氧化剂或调节溶液ph为8-12,连续搅拌至产生大量沉淀,离心后收集沉淀清洗即得所述多酚晶体材料。
10、优选的,将植物多酚溶于水后溶液浓度为2-5%。
11、优选的,使用氢氧化锂(lioh)调节溶液ph为8-12。
12、本发明采用的第三个技术方案为:
13、多酚晶体碳材料,由以上任一所述的多酚晶体材料碳化后得到。
14、优选的,所述碳化为在惰性气体氛围下热分解。
15、本发明采用的第四个技术方案为:
16、以上任一所述的多酚晶体碳材料在锂电池阳极材料、钠电池阳极材料、锂硫电池阴极材料中的应用。
17、与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
18、本发明以植物单宁为原料,其结构中含有大量的酚类羟基,在碱性条件下或氧化剂存在时,发生可以发生由氢键和π-π堆叠共同主导的自组装,通过控制分子之间的相互作用,获得了3维超结构块体,得到多酚晶体材料。对该多酚晶体材料碳化后,块状结构的表面形成了大量的介孔和缺陷,为钠/锂离子的富集的提供更多的活性位点。用作锂/钠离子电池的阳极、或锂硫电池的阴极后,提高了组装电池循环稳定性。
1.多酚晶体材料,其特征在于,为植物多酚在碱性条件下或氧化剂存在时,发生由氢键和π-π堆叠共同主导的自组装形成的三维超结构块体。
2.如权利要求1所述的多酚晶体材料,其特征在于,所述植物多酚包含塔拉单宁、五棓子单宁酸、和鞣花酸。
3.如权利要求1所述的多酚晶体材料,其特征在于,所述碱性条件为ph为8-12。
4.如权利要求1所述的多酚晶体材料,其特征在于,所述氧化剂为tempo结构氧化剂,所述氧化剂与植物多酚的摩尔比为3:1-1:3。
5.如权利要求4所述的多酚晶体材料,其特征在于,所述tempo结构氧化剂包括2,2,6,6-四甲基哌啶氧、4-甲氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶氧、4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶氧。
6.如权利要求1-5任一所述的多酚晶体材料的制备方法,其特征在于,将植物多酚溶于水后,加入氧化剂或调节溶液ph为8-12,连续搅拌至产生大量沉淀,离心后收集沉淀清洗即得所述多酚晶体材料。
7.如权利要求6所述的多酚晶体材料的制备方法,其特征在于,将植物多酚溶于水后溶液浓度为2-5%。
8.多酚晶体碳材料,其特征在于,由如权利要求1-5任一所述的多酚晶体材料碳化后得到。
9.如权利要求8所述的多酚晶体碳材料,其特征在于,所述碳化为在惰性气体氛围下热分解。
10.如权利要求8或9所述的多酚晶体碳材料在锂电池阳极材料、钠电池阳极材料、锂硫电池阴极材料中的应用。