本發(fā)明涉及電鈉離子電池，尤其涉及一種自支撐鹽酸多巴胺包覆炭材料及制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、硬炭材料由于儲鈉容量比較高普遍應(yīng)用于鈉離子電池負(fù)極的使用中，但是由于硬炭材料擁有比較多的表面缺陷，這會導(dǎo)致首次效率的降低；現(xiàn)階段通常采用包覆技術(shù)來降低材料表面缺陷。

2、中國專利申請?zhí)朿n202011323238.x公布了一種利用鹽酸多巴胺制備新型硅炭負(fù)極材料的方法，按照以下步驟進(jìn)行：將一定質(zhì)量的三羥基氨基甲烷鹽酸鹽溶解在一定量的去離子水中，記為溶液a；將一定質(zhì)量的鹽酸加入到一定量的去離子水中，記為溶液b；將溶液a一邊攪拌一邊滴加溶液b使得混合液平ph＝8.5,記為溶液c；將一定質(zhì)量的鹽酸多巴胺溶解在一定量溶液c中，通過電磁攪拌分散形成溶液d，在溶液d中加入一定量的sio2，記為溶液b；溶液b繼續(xù)攪拌24h；攪拌結(jié)束后進(jìn)行抽濾和水洗，得到的材料在60℃下干燥4h記為材料c；將材料c在充滿保護(hù)氣氛的管式爐中，升溫至800℃保溫3h進(jìn)行炭化得到sio2/c；sio2/c與一定質(zhì)量的還原劑進(jìn)行混合，在充滿保護(hù)氣氛的管式爐中，升溫至950℃下，保溫5h進(jìn)行還原反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后利用一定濃度的稀hcl進(jìn)行酸洗，大量去離子水進(jìn)行水洗，檢測ph＝7以后進(jìn)行真空干燥，最終得到新型負(fù)極材料si/c；該技術(shù)雖然能夠降低硅碳負(fù)極材料的合成成本，但是在依舊無法解決硅碳負(fù)極循環(huán)性能不佳的問題。

3、中國專利申請?zhí)朿n202310035331.8公布了一種多層氮摻雜炭包覆鉍材料及其制備方法與應(yīng)用，包括如下步驟：(1)制備海藻酸鹽溶液：將海藻酸鈉、尿素加入水中，充分?jǐn)嚢?，得到海藻酸鹽溶液；(2)制備鉍鹽溶液：將硝酸鉍五水合物溶于硝酸溶液，加入水，得到鉍鹽溶液；(3)將海藻酸鹽溶液滴入鉍鹽溶液中，靜置后抽濾得到海藻酸鉍凝膠球，冷凍干燥海藻酸鉍凝膠球；(4)第一步煅燒和包覆：海藻酸鉍凝膠球冷凍干燥后在惰性氣氛下進(jìn)行煅燒，煅燒后球磨成粉末，取球磨后的粉末加入tris-hcl緩沖液中，超聲分散，加入鹽酸多巴胺進(jìn)行包覆，保持?jǐn)嚢瑁闉V后干燥；(5)第二步煅燒和包覆：第一步包覆后的材料在惰性氣氛下進(jìn)行煅燒，煅燒后研磨成粉末，取研磨后的粉末加入tris-hcl緩沖液中，超聲分散，加入鹽酸多巴胺進(jìn)行包覆，保持?jǐn)嚢瑁闉V后干燥；(6)將第二步包覆后的材料研磨，得到所述多層氮摻雜炭包覆鉍材料。該技術(shù)雖然能夠提高電池的放電比容量和循環(huán)性能，但是多次包覆，增大了材料的比表面積，降低了首材料的首次效率。

4、鑒于上述情況，亟待研發(fā)一種鹽酸多巴胺包覆炭材料的技術(shù)，能夠減少硬碳材料表面缺陷，提高材料的首效，改善材料的儲鈉性能，提高材料的電化學(xué)性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明目的是提供一種自支撐鹽酸多巴胺包覆炭材料及制備方法和應(yīng)用，通過鹽酸多巴胺的包覆可以減少硬碳表面缺陷提高材料的首效，通過rgo分散液的真空抽濾構(gòu)建自支撐膜結(jié)構(gòu)，改善炭材料的儲鈉性能，抑制炭納米花的體積膨脹，從而使得材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的第一方面提供了一種自支撐鹽酸多巴胺包覆炭材料的制備方法，包括以下步驟：

4、s1，將丙烯晴分散在丙酮中，并加入偶氮二異丁腈進(jìn)行自由基聚合，洗滌干燥后獲得聚丙烯腈納米花，將聚丙烯腈納米花進(jìn)行低溫碳化獲得聚丙烯腈炭納米花；

5、s2，三羥甲基氨基甲烷溶解在去離子水中得到堿性緩沖液，將聚丙烯腈炭納米花分散在堿性緩沖液中，向堿性緩沖液中加入鹽酸多巴胺，充分?jǐn)嚢韬笙礈熘林行圆⒑娓珊蟮玫禁}酸多巴胺包覆材料；

6、s3，將鹽酸多巴胺包覆材料進(jìn)行高溫碳化獲得鹽酸多巴胺包覆炭納米花；

7、s4，將鹽酸多巴胺包覆炭納米花加入到氧化石墨烯分散液中，通過真空抽濾后得到鹽酸多巴胺包覆炭-rgo膜；

8、s5，將鹽酸多巴胺包覆炭-rgo膜進(jìn)行熱還原處理后得到自支撐鹽酸多巴胺包覆炭材料。

9、優(yōu)選的，所述步驟s1中：

10、所述丙烯晴與丙酮、偶氮二異丁腈的體積比為1：0.8～1.2：0.5～1；和/或

11、所述自由基聚合過程中，聚合溫度為70～85℃，聚合時間為2～3h；和/或

12、所述低溫碳化過程中，碳化溫度為200～250℃，碳化時間為2～4h。

13、優(yōu)選的，所述步驟s2中：

14、所述堿性緩沖液的ph為8.0～8.5，所述三羥甲基氨基甲烷的濃度為1.10～1.18mg/ml；和/或

15、所述鹽酸多巴胺的添加量為聚丙烯腈炭納米花的1～10wt％；和/或

16、所述攪拌在室溫下進(jìn)行，攪拌時間為18～24h。

17、優(yōu)選的，所述步驟s3中，所述高溫碳化過程中，碳化溫度為800～1200℃，碳化時間為2～4h。

18、優(yōu)選的，所述步驟s4中，所述氧化石墨烯分散液采用以下方式制備：

19、將石墨粉末與濃硫酸在攪拌條件下混合得到第一分散液；

20、向第一分散液中加入高錳酸鉀并混合均勻，在水浴條件下攪拌反應(yīng)后，加入去離子水并將溫度控制在85℃以下，之后再加熱至98±2℃保持5～10min，獲得第二分散液；

21、將第二分散液進(jìn)行離心后獲得離心沉淀物，用鹽酸對離心沉淀物清洗，之后再用去離子水對離心沉淀物清洗至上清液為中性后，獲得氧化石墨烯分散液。

22、優(yōu)選的，所述第一分散液制備時的攪拌溫度為0±2℃，攪拌時間為30±5min，攪拌速率為60～90r/min；和/或

23、所述石墨烯粉末與所述高錳酸鉀的質(zhì)量比為3：7～1：3；和/或

24、所述第二分散液制備時，水浴溫度為35±2℃，反應(yīng)時間為6～8h；和/或

25、所述離心時間為10～30min。

26、優(yōu)選的，所述步驟s4中，所述鹽酸多巴胺包覆炭納米花與所述氧化石墨烯分散液的質(zhì)量比為7：3～9：1。

27、優(yōu)選的，所述步驟s5中,所述熱還原溫度為300～350℃,還原時間為2～4h。

28、優(yōu)選的，所述步驟s1、s3、s5中的氣氛選用氮氣、氬氣、氦氣、氖氣中的一種或幾種的混合。

29、本發(fā)明的第二方面提供了一種如本發(fā)明第一方面所述的自支撐鹽酸多巴胺包覆炭材料的制備方法制備的自支撐鹽酸多巴胺包覆炭材料。

30、本發(fā)明的第三方面提供了一種如本發(fā)明第二方面所述的自支撐鹽酸多巴胺包覆炭材料在鈉離子電池上的應(yīng)用。

31、本發(fā)明的有益效果為：

32、1、本發(fā)明通過將丙烯腈自由基聚合、低溫碳化處理得到聚丙烯腈炭納米花，之后通過鹽酸多巴胺的包覆可以減少硬碳表面缺陷提高材料的首效，再采用rgo分散液進(jìn)行真空抽濾構(gòu)建自支撐膜結(jié)構(gòu)，改善材料的儲鈉性能，抑制炭納米花的體積膨脹，從而使得材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能；

33、2、本技術(shù)原材料為聚丙烯腈基碳，可以解決循環(huán)性能差的問題，并采用一次包覆后碳化，可以解決材料首次效率低的問題，并且構(gòu)建電極結(jié)構(gòu)可以省去集流體的使用。