高倍率钠离子电池负极用多孔石墨化硬碳的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高倍率钠离子电池负极用多孔石墨化硬碳的制备方法；主要包括：首先利用海藻酸钠与具有催化石墨化作用的多价过渡金属的阳离子进行交联反应，然后通过碳化催化石墨化方法制备纳米金属/碳复合材料，最后利用酸洗工艺去除纳米金属催化剂颗粒获得具有相对有序纳米介孔结构的石墨化硬碳负极材料。本发明专利技术通过交联酸洗的方法在硬碳中引入了均匀的纳米孔，并且通过原位催化石墨化方法提高了介孔表面碳的石墨层有序度，因此制备出的多孔石墨化硬碳材料拥有良好的孔通道和导电性，更有利于钠离子和电子的快速插入/脱出，具有高容量和高倍率的储钠特性。

Preparation of porous graphitized hard carbon for negative electrode of high rate sodium ion battery

The invention discloses a preparation method of porous graphitized hard carbon for anode of high rate sodium ion battery, which mainly comprises: firstly, sodium alginate is used to cross-link with cations of multivalent transition metals having catalytic graphitization effect, and then nano-metal/carbon composite material is prepared by carbonization-catalyzed graphitization method. The graphitized hard carbon anode material with relatively ordered Nano-mesoporous structure was obtained by removing nano-metal catalyst particles by acid washing process. The invention introduces uniform nanopore into hard carbon by cross-linking acid washing method, and improves the ordering degree of graphite layer on the surface of mesoporous carbon by in-situ catalytic graphitization method, so the prepared porous graphitized hard carbon material has good pore channel and conductivity, and is more conducive to the rapid insertion/desorption of sodium ions and electrons. It has high capacity and high rate sodium storage characteristics.

【技术实现步骤摘要】
高倍率钠离子电池负极用多孔石墨化硬碳的制备方法
本专利技术涉及钠离子电池负极材料
，具体涉及一种高倍率钠离子电池负极用多孔石墨化硬碳的制备方法。
技术介绍
随着便携式电子设备及新能源汽车的快速发展，锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命、使用安全、环境友好等优点，已经成为全球范围内应用最广泛的储能设备。但是地球上的锂元素储量非常有限，价格相对较高，因此锂离子电池的未来发展受限。钠与锂处在同一主族中，具有相似的电化学特性，并且钠元素的地球储量丰富、价格低廉，钠离子电池已经成为最具潜力的锂离子电池替代品。目前商业应用的锂离子电池负极材料主要是石墨(理论容量372mAh/g)，石墨依靠锂离子在其长程有序的碳层中嵌入/脱出来储存电量。但是当石墨应用在钠离子电池的负极中时，其表现出来的容量仅有30mAh/g，远不能满足商业应用。这主要是由于钠离子的半径(0.102纳米)远大于锂离子的半径(0.076纳米)，而石墨的层间距为0.335纳米，不足够使钠离子在层间自由脱嵌。硬碳是一种难以完全石墨化的碳材料，主要由高分子聚合物热解而来。硬碳是由一些短程有序的类石墨结构无序堆垛而成，这些类石墨层的无本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高倍率钠离子电池负极用多孔石墨化硬碳的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1、利用海藻酸钠与具有催化石墨化作用的多价过渡金属的阳离子进行交联反应；S2、通过碳化催化石墨化方法制备对应的纳米金属/碳复合材料；S3、利用酸洗工艺去除所述纳米金属/碳复合材料中的纳米金属催化剂颗粒，获得具有相对有序纳米介孔结构的石墨化硬碳负极材料。

【技术特征摘要】
1.一种高倍率钠离子电池负极用多孔石墨化硬碳的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1、利用海藻酸钠与具有催化石墨化作用的多价过渡金属的阳离子进行交联反应；S2、通过碳化催化石墨化方法制备对应的纳米金属/碳复合材料；S3、利用酸洗工艺去除所述纳米金属/碳复合材料中的纳米金属催化剂颗粒，获得具有相对有序纳米介孔结构的石墨化硬碳负极材料。2.根据权利要求1所述的高倍率钠离子电池负极用多孔石墨化硬碳的制备方法，其特征在于，所述多价过渡金属为具有催化石墨化效果且金属活动顺序在氢之前的多价过渡金属中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的高倍率钠离子电池负极用多孔石墨化硬碳的制备方法，其特征在于，所述多价过渡金属的阳离子为Co2+、Ni2+、Fe3+、Fe2+、Ca2+、Mn2+、Sn2+、Sn4+中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的高倍率钠离子电池负极用多孔石墨化硬碳的制备方法，其特征在于，海藻酸钠中的古罗糖醛酸高分子链段与所述多价过渡金属的阳离子发生自交联反应，在海藻酸钠基体中形成均匀的“Egg-box”纳米杂化结构。5.根据权利要求1所述的高倍率钠离子电池负极用多孔石墨化硬碳的制备方法，其特征在于，所述步骤S1还包括对交联产物进行碳化前处理的步骤；所述前处理是将海藻酸钠与多价过...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘庆雷，王宁，张荻，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31