一种硬碳负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硬碳负极材料及其制备方法。所述硬碳负极材料的制步骤为：将多层MXene粉体和偏钒酸钠粉超声分散在溶剂一中，制得分散液一；将S粉和烯丙基酚醛树脂溶于溶剂二中，制得分散液二；将分散液一缓慢加入分散液二中，搅拌均匀后加热固化，得到混合物；将所述混合物在惰性气氛保护下高温碳化，得到硬碳负极材料。采用本发明专利技术中的方法制得的硬碳负极材料，在钠离子电池中其首次充放电比容量高，整体循环稳定性好，且制备方法简单，操作方便可控。便可控。便可控。

【技术实现步骤摘要】
一种硬碳负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于钠离子电池负极材料
，具体涉及一种硬碳负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]钠盐在自然界的存储量比锂盐丰富、价格更低廉。理论上钠离子电池比锂离子电池充电时间快，且钠离子不会与铝形成合金，负极可以采用铝箔作为集流体，故当对储能器件重量和能量密度要求不高时，钠离子电池替代锂离子电池就非常划算。
[0003]当前围绕钠离子电池负极活性材料中研究重点，排在前两位的分别是碳基材料51.28％和Ti基材料29.16％，然后依次为金属氧化物24.13％、金属硫化物22.12％、金属及合金17.1％、复合材料13.7％、金属硒化物8.5％，有机材料8.5％以及尖晶石2.1％，另有其他研究方向占6.3％。(钠离子电池正、负极材料发展浅析。陈盛，智富时代，2019年6期)然而钠离子比锂离子离子半径大，钠离子几乎不能在石墨中脱嵌/嵌入，容量很小；其它碳材料经过处理也最多可以达到300多毫安时。故研究一款能量密度高、循环性能优良的钠离子电池负极材料迫在眉睫。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在解决现有钠离子电池硬碳负极材料循环稳定性差低、能量密度较低等问题，提供一种全新的硬碳负极材料及其制备方法。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用了如下技术方案。
[0006]一种硬碳负极材料的制备方法，按照下述步骤进行：将多层MXene粉体和偏钒酸钠粉超声分散在溶剂一中，制得分散液一；将S粉和烯丙基酚醛树脂溶于溶剂二中，制得分散液二；将分散液一缓慢加入分散液二中，搅拌均匀后加热固化，得到混合物；将所述混合物在惰性气氛保护下高温碳化，得到硬碳负极材料。
[0007]作为本专利技术改进的技术方案，所述MXnen粉体、偏钒酸钠粉、S粉和烯丙基酚醛树脂的质量比为0～20:8～16:4～8:56～92。
[0008]作为本专利技术改进的技术方案，所述MXene粉体包括Ti4N3、Ti3C2、Ti2C、V2C、Nb4C3中的一种或多种。
[0009]作为本专利技术改进的技术方案，所述溶剂一和溶剂二为弱极性有机溶剂或非极性有机溶剂。
[0010]进一步地，所述溶剂一和溶剂二为正庚烷、正己烷、环己烷、二硫化碳、四氯化碳、二甲苯、甲苯、苯、乙醚、乙酸乙酯、正戊烷、正丁醇、二氧六环、丙酮、异丙醇中的其中一种或多种。
[0011]作为本专利技术改进的技术方案，所述加热固化的程序和温度为以5～10℃的温度升温至180
‑
210℃，恒温1～3h；然后以1～5℃的温度升温至230～260℃，恒温3～6h。
[0012]作为本专利技术改进的技术方案，所述高温碳化的程序和温度为将混合物放入高温炭
化炉，通入惰性气体进行保护，然后以10～50℃/min升温至800～1200℃后保持1～4h，再自然冷却。
[0013]作为本专利技术改进的技术方案，还包括研磨粉碎、过筛步骤，得到粒径为400
‑
1000目的粉体。
[0014]本专利技术还提供一种硬碳负极材料，采用上述制备方法制得。
[0015]有益效果：本专利技术通过一步合成碳化法将多种钠离子电池负极材料融合在一起，取长补短，相互作用，从而显著提高钠离子电池负极材料的性能。
附图说明
[0016]图1为实施例1、实施例2和空白试验在5C倍率下首次充放电容量；
[0017]图2为实施例1、实施例2和空白试验在5C倍率下的循环性能。
具体实施方式
[0018]为了使本领域的技术人员更佳清楚明了的理解本专利技术，现结合具体实施方式，对本专利技术进行详细说明。
[0019]本专利技术的硬碳负极材料的制备方法为：将多层MXene粉体和偏钒酸钠粉超声分散在溶剂一中，制得分散液一；将S粉和烯丙基酚醛树脂溶于溶剂二中，制得分散液二；将分散液一缓慢加入分散液二中，搅拌均匀后加热固化，得到混合物；将所述混合物在惰性气氛保护下高温碳化，得到硬碳负极材料。为了使S充分融入硬碳材料中，本申请中的溶剂一和溶剂二选择均弱极性有机溶剂或非极性有机溶剂，包括正庚烷、正己烷、环己烷、二硫化碳、四氯化碳、二甲苯、甲苯、苯、乙醚、乙酸乙酯、正戊烷、正丁醇、二氧六环、丙酮、异丙醇中的其中一种或多种。该类溶剂既能够溶解S，又能够溶解烯丙基酚醛树脂，从而使得S和烯丙基酚醛树脂能够更均匀稳固地结合在一起。
[0020]由于MXene粉体和偏钒酸钠粉在有机溶剂中溶解性不好，故需要使用超声分散仪进行辅助，使之与溶剂一形成均匀的分散液，且使得MXene多层粉体被剥离成单层或少数层。采用湿法共混的方式，可使MXene相材料和偏钒酸钠均匀地混合到S和烯丙基酚醛树脂的共溶物中，从而使最终制得的产品结构更为均匀，性质更为稳定。在烯丙基酚醛树脂碳化过程中，偏钒酸钠与S在高温下同时在MXene材料的催化下发生反应，得到VS2附着在硬碳材料表面和内部。在本专利技术中，所述MXnen粉体、偏钒酸钠粉、S粉和烯丙基酚醛树脂的质量比为0～20:8～16:4～8:56～92。
[0021]实施例1
[0022]将偏钒酸钠粉超声分散在溶剂一中，制得分散液一；将S粉和烯丙基酚醛树脂溶于溶剂二中，制得分散液二；将分散液一缓慢加入分散液二中，搅拌均匀后加热固化，得到混合物；将所述混合物在惰性气氛保护下高温碳化，得到硬碳负极材料。其中偏钒酸钠粉、S粉和烯丙基酚醛树脂的质量比为12:6:82。所述溶剂一和溶剂二均为二硫化碳。固化程序为：以8℃/min的速度升温至195℃，保温2h；然后在以3℃/min的速度升温至245℃，保温4h。碳化程序为：将固化后的混合物转移至高温碳化炉中，通入氮气进行保护，然后以30℃/min的速度升温至1000℃，保温3h，然后在持续通入氮气的条件下自然冷却至80℃以下，开炉自然冷却。即制得硬碳负极材料。将硬碳负极材料研磨至600目，组装成钠离子电池纽扣电池，对
钠离子电池纽扣电池的电化学性能进行测试，测得钠离子电池在5C倍率下的首次充放电比容量为421mAh/g，循环100次之后降至94mAh/g，如图1和2所示。
[0023]实施例2
[0024]将多层MXene粉体、偏钒酸钠粉超声分散在溶剂一中，制得分散液一；将S粉和烯丙基酚醛树脂溶于溶剂二中，制得分散液二；将分散液一缓慢加入分散液二中，搅拌均匀后加热固化，得到混合物；将所述混合物在惰性气氛保护下高温碳化，得到硬碳负极材料。所述多层Mxene粉体为Ti3C2粉体，所述溶剂一和溶剂二均为二硫化碳。其中多层MXene粉体、偏钒酸钠粉、S粉和烯丙基酚醛树脂的质量比为12:12:6:70。固化程序为：以8℃/min的速度升温至195℃，保温2h；然后在以3℃/min的速度升温至245℃，保温4h。碳化程序为：将固化后的混合物转移至高温碳化炉中，通入氮气进行保护，然后以30℃/min的速度升温至1000℃，保温3h，然后在持续通入氮气的条件下自然冷却至80℃以下，开炉自然冷却。即制得硬碳负极材料。将硬碳负极材料研本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硬碳负极材料的制备方法，其特征在于：按照下述步骤进行，将多层MXene粉体和偏钒酸钠粉超声分散在溶剂一中，制得分散液一；将S粉和烯丙基酚醛树脂溶于溶剂二中，制得分散液二；将分散液一缓慢加入分散液二中，搅拌均匀后加热固化，得到混合物；将所述混合物在惰性气氛保护下高温碳化，得到硬碳负极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述MXnen粉体、偏钒酸钠粉、S粉和烯丙基酚醛树脂的质量比为0～20:8～16:4～8:56～92。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述MXene粉体包括Ti4N3、Ti3C2、Ti2C、V2C、Nb4C3中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述溶剂一和溶剂二为弱极性有机溶剂或非极性有机溶剂。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述溶剂一和溶剂二为正庚烷、正己烷、环己烷、二...

【专利技术属性】
技术研发人员：仰韻霖，覃钰，
申请(专利权)人：青海凯金新能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：