【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于木質素改性、酚醛樹脂合成和鈉離子負極硬碳材料制備的，尤其涉及一種原位摻雜s的木質素改性酚醛樹脂制備鈉離子硬碳的方法。
技術介紹
1、酚醛樹脂硬碳的優點包括良好的應用前景、市場增速快，以及在鈉電池以及鋰電負極摻雜領域的良好應用。酚醛樹脂硬碳因其生產工藝難度相對較小，有望率先得到應用。此外，硬碳材料的需求量預計將從2022年的0.2萬噸/年提升到2025年的10.5萬噸/年，顯示出其市場的快速增長潛力。市場空間方面，預計至2025年硬碳材料市場空間有望達到63億元。綜上所述，酚醛樹脂硬碳作為一種潛在的負極材料，具有廣闊的應用前景和快速的市場增長預期，但同時也面臨著技術難題和性能挑戰。主要是在其材料含氧量低，制備所得的硬碳材料層間距較低、微晶數量較少，因此需要通過技術創新和材料優化來進一步提升其性能和應用范圍。
2、生物質改性酚醛樹脂的優勢主要體現在提高力學性能、降低游離醛釋放量、提高熱穩定性、增強耐磨性和耐沖擊性，以及提高尺寸穩定性，使其在多個領域具有廣泛的應用前景。而木質素及其衍物是生物原料代表性的物質，其本身具有豐富的含氧官能團，可以在特定的條件下與酚醛樹脂反應，改善酚醛樹脂的化學特性。
3、硬碳材料的高s含量可以提高na+的擴散率、導致層間間距的膨脹、增強孔隙度和形成缺陷，有益于儲鈉性能的提升。由于木質素本身就含有s元素，因此可以考慮在木質素分子上原位摻雜s，繼而氧化使其反應活性位點暴露后與酚醛樹脂預聚體反應，達到改性酚醛樹脂結構的目的，進而改變木質素酚醛樹脂硬碳鈉離子負極材料的化學結構和
技術實現思路
1、本專利技術的第一目的在于，提出一種原位摻雜s的木質素改性酚醛樹脂制備鈉離子硬碳的方法，通過原位摻雜技術調控木質素的s含量，再進行磺化預處理使得木質素上的含硫基團增多，后續氧化使得磺化木質素上的含硫基團和含氧官能團暴露出來，有利于后續磺化木質素對酚醛樹脂的改性，實現原位摻s的木質素對酚醛樹脂分子結構的可控調控。
2、本專利技術的第二目的在于，提供了一種原位摻雜s的木質素改性酚醛樹脂制備獲得的鈉離子硬碳，由于碳微晶層間距增加、超微孔數量增多、比表面積減小，使得其儲鈉過程中形成更薄且均勻的sei膜。
3、本專利技術的第三目的在于，公開了一種磺化木質素酚醛樹脂基硬碳在鈉離子電池負極材料中的應用，表現出優異的首效和可逆容量。
4、為了解決上述問題，本專利技術所采用的技術方案如下：
5、一種原位摻雜s的木質素改性酚醛樹脂制備鈉離子硬碳的方法，先將木質素磺酸鈉與無水亞硫酸鈉通過水熱法制備獲得磺化木質素，然后將磺化木質素氧化后與酚醛樹脂預聚體縮聚，得到磺化木質素酚醛樹脂；再對磺化木質素酚醛樹脂進行固化、炭化處理，即得到磺化木質素改性酚醛樹脂基硬碳。
6、進一步地，所述木質素磺酸鈉與無水亞硫酸鈉的質量比為1:2～2:1。
7、進一步地，所述木質素磺酸鈉與無水亞硫酸鈉的質量比為1:1.225。
8、進一步地，磺化木質素的制備方法為：將木質素磺酸鈉和無水亞硫酸鈉溶于naoh水溶液中，攪拌1h后，加熱反應制備得到磺化木質素，經過分離、水洗、干燥、研磨處理后，即得到磺化木質素粉末。
9、進一步地，加熱反應的溫度為100～200℃。
10、進一步地，加熱反應的溫度為160℃。
11、進一步地，加熱反應的時間為2-6h。
12、進一步地，加熱反應的時間為4h。
13、進一步地，上述任一所述方法制備得到的磺化木質素酚醛樹脂基硬碳。
14、進一步地，所述的磺化木質素酚醛樹脂基硬碳在鈉離子電池負極材料中的應用。
15、相比于現有技術，本專利技術的優點如下：
16、1)本專利技術利用原位摻雜s的磺化作用，通過增加木質素的含硫基團和后續的氧化作用，暴露出木質素上更多的氧官能團和含硫基團，實現磺化木質素對酚醛樹脂分子結構的定向調控，解決了木質素分子結構上s和o元素的調控、酚醛樹脂上含硫和含氧基團的定性增加、改性前酚醛樹脂及硬碳層間距和孔隙結構不利于儲性能提升等難題。
17、2)本專利技術利用磺化木質素預處理改性酚醛樹脂原料制備硬碳，相較于傳統酚醛樹脂基硬碳制備方法儲鈉性能優異、毒性低，通過磺化木質素改性酚醛樹脂硬碳前驅體的分子結構，從磺化木質素酚醛樹脂基硬碳層間距增大、比表面積減小、超微孔面積數量增多，有利于提升鈉離子電池負極材料的電化學性能。
18、3)本專利技術公開的制備方法操作簡單、能耗低，對設備要求低，對其它類型生物質改性酚醛樹脂及其制備硬碳材料也有借鑒意義。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種原位摻雜S的木質素改性酚醛樹脂制備鈉離子硬碳的方法，其特征在于，先將木質素磺酸鈉與無水亞硫酸鈉通過水熱法制備獲得磺化木質素，然后將磺化木質素氧化后與酚醛樹脂預聚體縮聚，得到磺化木質素酚醛樹脂；再對磺化木質素酚醛樹脂進行固化、炭化處理，即得到磺化木質素改性酚醛樹脂基硬碳。
2.根據權利要求1所述原位摻雜S的木質素改性酚醛樹脂制備鈉離子硬碳的方法，其特征在于，所述木質素磺酸鈉與無水亞硫酸鈉的質量比為1:2～2:1。
3.根據權利要求2所述原位摻雜S的木質素改性酚醛樹脂制備鈉離子硬碳的方法，其特征在于，所述木質素磺酸鈉與無水亞硫酸鈉的質量比為1:1.225。
4.根據權利要求1所述原位摻雜S的木質素改性酚醛樹脂制備鈉離子硬碳的方法，其特征在于，磺化木質素的制備方法為：將木質素磺酸鈉和無水亞硫酸鈉溶于NaOH水溶液中，攪拌1h后，加熱反應制備得到磺化木質素，經過分離、水洗、干燥、研磨處理后，即得到磺化木質素粉末。
5.根據權利要求4所述原位摻雜S的木質素改性酚醛樹脂制備鈉離子硬碳的方法，其特征在于，加熱反應的溫度為100～200℃。
6.根據權利要求5所述原位摻雜S的木質素改性酚醛樹脂制備鈉離子硬碳的方法，其特征在于，加熱反應的溫度為160℃。
7.根據權利要求4所述原位摻雜S的木質素改性酚醛樹脂制備鈉離子硬碳的方法，其特征在于，加熱反應的時間為2-6h。
8.根據權利要求7所述原位摻雜S的木質素改性酚醛樹脂制備鈉離子硬碳的方法，其特征在于，加熱反應的時間為4h。
9.一種如權利要求1～8任一所述方法制備得到的磺化木質素酚醛樹脂基硬碳。
10.根據權利要求9所述的磺化木質素酚醛樹脂基硬碳在鈉離子電池負極材料中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種原位摻雜s的木質素改性酚醛樹脂制備鈉離子硬碳的方法，其特征在于，先將木質素磺酸鈉與無水亞硫酸鈉通過水熱法制備獲得磺化木質素，然后將磺化木質素氧化后與酚醛樹脂預聚體縮聚，得到磺化木質素酚醛樹脂；再對磺化木質素酚醛樹脂進行固化、炭化處理，即得到磺化木質素改性酚醛樹脂基硬碳。
2.根據權利要求1所述原位摻雜s的木質素改性酚醛樹脂制備鈉離子硬碳的方法，其特征在于，所述木質素磺酸鈉與無水亞硫酸鈉的質量比為1:2～2:1。
3.根據權利要求2所述原位摻雜s的木質素改性酚醛樹脂制備鈉離子硬碳的方法，其特征在于，所述木質素磺酸鈉與無水亞硫酸鈉的質量比為1:1.225。
4.根據權利要求1所述原位摻雜s的木質素改性酚醛樹脂制備鈉離子硬碳的方法，其特征在于，磺化木質素的制備方法為：將木質素磺酸鈉和無水亞硫酸鈉溶于naoh水溶液中，攪拌1h后...
【專利技術屬性】
技術研發人員：蔣劍春，徐晨晨，孫康，王傲，張高月，
申請(專利權)人：中國林業科學研究院林產化學工業研究所，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。