本发明涉及一种新型生物质多孔石墨烯钾离子电池负极材料的制备方法，属于钾离子电池制备。
背景技术：
1、随着人类过渡开采和使用煤炭、石油、天然气等化石能源，生存环境带来了空前的污染。开采过程带来了地质的破坏和污染，使用中也带来了温室效应、空气污染、水体污染等一系列环境问题。因此，探索和开发绿色新能源成为社会绿色发展的必然趋势。近年来，锂离子电池被广泛的应用于各种不同场景的储能体系，对其需求与日俱增。然而锂矿资源储量有限且开采过程也会造成污染环境，因此寻求资源丰富，价格便宜，性能优异的新型储能体系迫在眉睫。
2、对于钾离子电池负极材料而言，碳质材料具有环保，成本低以及来源广泛等优点。但是，普遍使用的石墨负极由于缓慢的k+动力学和结构不稳定性限制了钾离子电池的性能。而同作为碳材料中的一员，使用生物质作为碳源的优点是可以直接制备具有孔隙的纳米结构碳负极材料，并表现出优异的非化学计量比容量和倍率性能，且降低了材料成本。然而，生物质碳基负极同样面临与传统石墨材料相似的挑战。由于k+的离子尺寸较大，在充放电过程中的体积变化严重，这将导致电极更快的结构坍塌和容量衰减。此外，长而扭曲的扩散路径和小的有效电化学活性比表面积，导致k+的扩散速率非常低，这限制了反应动力学和倍率性能，显示出低的实际比容量。
3、因此，本发明专利结合上述问题，基于生物质细胞膜和细胞皮的独特薄片结构和化学成分的启发，以白萝卜作为生物质前驱体合成制备了一系列生物质碳基负极材料。实验证明，该负极材料具有良好的电化学性能，为设计用于钾离子电池实际应用的高效碳基负极材料提供新途径。
技术实现思路
1、本发明的目的是针对目前新型储能体系的进一步应用以及增强钾离子碳基负极材料储钾性能等问题，提出一种以白萝卜作为生物质前驱体，采用热处理法和改进的hummers法制备生物质多孔石墨烯(whbg)的新工艺。
2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
3、本发明是一种生物质多孔石墨烯钾离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：
4、s1、将白萝卜首先切成小方块，然后浸泡在去离子水中进行预处理，去除可溶性杂质，随后将浸渍过的白萝卜块放入干燥箱中干燥，以确保生物细胞中的水分能够快速蒸发，形成收缩结构；
5、s2、将步骤s1得到的前驱体经过碳化后与fe2o3混合，再经真空热压烧结得到生物质石墨材料；
6、s3、将s2步骤得到的生物质石墨与nano3混合后，缓慢加入浓h2so4并搅拌，随后将混合溶液置于冰浴中并加入kmno4，随后进行水浴加热；
7、s4、将s3步骤的溶液中加入少量30％的h2o2去除过量的kmno4，最后将混合物离心、干燥、还原得到whbg。
8、具体的，步骤s1中，白萝卜块的尺寸为2x2 cm-4x4 cm，厚度为1-2cm，去离子水浸泡时间，30-120min，干燥温度为80℃-120℃，保温时间为12-24h；
9、具体的，步骤s2中，碳化温度为400-600℃，碳化气氛为氩气和氮气的一种，升温速率为2-5℃min-1，保温时间为2-6h，fe2o3含量为0.1-10wt.％，热压炉气压为1-1.5mpa，热压温度为2000-2400℃，保温时间为1-2h；
10、具体的，步骤s3中，生物质石墨和nano3质量比0.5:1-1:1，浓h2so4体积为30-60ml，搅拌时长为1-2h，kmno4含量为2-4g，水浴温度为35-100℃，搅拌时长为30-60min；
11、具体的，步骤s4中，h2o2的浓度为30-70％，离心机转速为6000-10000rpm，干燥温度为60-100℃，干燥时间为12-24h。
12、进一步的所诉钾离子电池制备过程，包括以下步骤：
13、(1)将所制备的生物质多孔石墨烯材料，导电炭黑和粘结剂(pvdf)按照质量比6:2:2-8:1:1进行混合并加入适量的n-甲基吡咯烷酮(nmp)形成浆料，随后涂覆在铜箔集流体上，将电极片在真空干燥箱中80-110℃干燥12h，干燥后裁成9-12mm电极片待用。
14、(2)采用cr2032型号扣式电池组装电池，电池组装全程在水氧含量低于0.01ppm的手套箱内完成，金属钾作为正极，隔膜采用whatman gf/d玻璃纤维，电解液为0.8m kpf6 indec/ec，负极为上述电极片。组装顺序依次为负极壳、金属钾箔、隔膜(电解液充分润湿)、电极片、垫片、弹片和正极壳。扣式电池静置后进行测试。
15、与现有技术相比，本发明提供了一种新型生物质多孔石墨烯(whbg)钾离子电池负极材料的制备方法，具有以下收益效果：
16、1、本发明制备的多孔石墨烯材料在具有优异的倍率性能和循环稳定性；在25mag-1电流密度下初始放电容量为1464mah g-1，随后在1a g-1电流密度下进行超长循环，与第11次循环相比，容量保持率为93.5％，可以满足实际应用需求。
17、2、该方法制备的生物质多孔石墨烯材料成本低廉，易获取，并且热压烧结法可以保留原始白萝卜材料中蜂窝状的褶皱形貌，避免石墨烯的堆积，从而获得高的可逆容量和稳定性。
18、3、具有褶皱和孔洞结构的whbg由于其双重应力缓冲效应在充放电过程中具有机械稳定性，纳米孔在电化学反应过程中促进了k+的扩散。
1.一种新型生物质多孔石墨烯钾离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述钾离子电池负极材料的制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种新型生物质多孔石墨烯钾离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：白萝卜块的尺寸为2x2 cm-4x4 cm，厚度为1-2cm，去离子水浸泡时间，30-120min，干燥温度为80℃-120℃，保温时间为12-24h。
3.根据权利要求1所述的一种新型生物质多孔石墨烯钾离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤s2中，碳化温度为400-600℃，碳化气氛为氩气和氮气的一种，升温速率为2-5℃min-1，保温时间为2-6h，fe2o3含量为0.1-10wt.％，热压炉气压为1-1.5mpa，热压温度为2000-2400℃，保温时间为1-2h。
4.根据权利要求1所述的一种新型生物质多孔石墨烯钾离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤s3中，生物质石墨和nano3质量比0.5:1-1:1，浓h2so4体积为30-60ml，搅拌时长为1-2h，kmno4含量为2-4g，水浴温度为35-100℃，搅拌时长为30-60min。
5.根据权利要求1所述的一种新型生物质多孔石墨烯钾离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤s4中，h2o2的浓度为30-70％，离心机转速为6000-10000rpm，干燥温度为60-100℃，干燥时间为12-24h。
