硬碳负极材料及其制备方法、负极极片和钠离子电池技术

本发明专利技术涉及钠离子电池技术领域，具体而言，涉及硬碳负极材料及其制备方法、负极极片和钠离子电池。所述的硬碳负极材料的制备方法包括如下步骤：纳米多孔碳和含碳料经混合和/或反应后，进行高温碳化处理，得到所述硬碳负极材料；所述含碳料中包括热塑性有机碳源；所述纳米多孔碳和所述热塑性有机碳源的质量比为0.1～2：10～150。该制备方法能够提高硬碳负极材料的容量和首效，并降低硬碳负极材料的比表面积。表面积。表面积。

【技术实现步骤摘要】
硬碳负极材料及其制备方法、负极极片和钠离子电池


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，具体而言，涉及硬碳负极材料及其制备方法、负极极片和钠离子电池。

技术介绍

[0002]由于钠元素具有资源丰富、来源广、成本低等优点，钠离子电池的优势日益凸显。此外，相较于锂离子电池，钠离子电池还具有安全性能好，不与铝形成合金、负极可采用铝箔作为集流体而可进一步降低成本，以及能够在0V的电压下释放或维持而不会改变其后续性能等优点。然而，钠离子的半径比锂离子大，传统的石墨负极与钠离子性相不合，钠离子嵌入后没有电化学活性。
[0003]研究发现，硬碳材料的层间空间比较大，里面能嵌入钠离子的孔洞较多，通过一定手段处理后能得到让钠离子畅通无阻的通道和负极。
[0004]但是，现有的硬碳材料受吸附
‑
嵌入
‑
孔填充机理的限制，容量往往低于300mAh/g。
[0005]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的第一目的在于提供一种硬碳负极材料的制备方法，所述的制备方法能够提高硬碳负极材料的容量。以解决现有技术中存在的硬碳材料受吸附
‑
嵌入
‑
孔填充机理的限制而容量往往低于300mAh/g的问题。
[0007]本专利技术的第二目的在于提供一种硬碳负极材料。
[0008]本专利技术的第三目的在于提供一种负极极片。
[0009]本专利技术的第四目的在于提供一种钠离子电池。
[0010]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0011]本专利技术提供了一种硬碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0012]纳米多孔碳和含碳料经混合和/或反应后，进行高温碳化处理，得到所述硬碳负极材料；
[0013]其中，所述含碳料中包括热塑性有机碳源；
[0014]所述纳米多孔碳和所述热塑性有机碳源的质量比为0.1～2：10～150。
[0015]优选地，所述纳米多孔碳的D50粒径小于500nm，优选为小于100nm；
[0016]优选地，所述纳米多孔碳的孔径为1～10nm；
[0017]优选地，所述纳米多孔碳的比表面积≥400m2/g。
[0018]优选地，所述热塑性有机碳源包括纤维素、木质素、葡萄糖、蔗糖、淀粉、沥青、酚醛树脂、古马隆树脂、环氧树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、柠檬酸和多巴胺中的至少一种。
[0019]优选地，所述含碳料中还包括溶剂；
[0020]优选地，所述溶剂包括水和/或有机溶剂；
[0021]优选地，所述有机溶剂包括乙醇、甲醇、丙酮和异丙醇中的至少一种。
[0022]优选地，所述混合的方法包括搅拌混合、球磨混合和熔融混合中的至少一种；
[0023]优选地，所述熔融混合的温度为250～400℃；
[0024]优选地，所述反应包括水热反应；
[0025]优选地，所述水热反应的温度为150～200℃，所述水热反应的时间为10～15h。
[0026]优选地，所述高温碳化处理的温度为1200～1600℃，所述高温碳化处理的保温时间为2～6h。
[0027]进一步地，本专利技术还提供了如上所述的硬碳负极材料的制备方法所制得的硬碳负极材料。
[0028]优选地，所述硬碳负极材料的比表面积小于10m2/g；
[0029]优选地，所述硬碳负极材料在30mA/g电流密度下的首次放电比容量大于330mA/g，首次库伦效率大于90％。
[0030]进一步地，本专利技术还提供了一种负极极片，主要由如上所述的硬碳负极材料制得。
[0031]进一步地，本专利技术还提供了一种钠离子电池，包括如上所述的负极极片。
[0032]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0033](1)本专利技术提供的硬碳负极材料的制备方法，以热塑性有机碳源为碳源、纳米多孔碳为自模板，通过混合和/或反应的手段将热塑性有机碳源与纳米多孔碳复合，然后经过高温碳化处理，能够提高硬碳负极材料的首效和容量。
[0034](2)本专利技术提供的硬碳负极材料的制备方法，能够降低硬碳负极材料的比表面积，从而提高了硬碳负极材料的首效。
[0035](3)本专利技术提供的硬碳负极材料的比表面积小于10m2/g，且其在30mA/g电流密度下的首次放电比容量大于330mA/g，首次库伦效率大于90％。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]图1为本专利技术提供的实施例1制得的硬碳负极材料的电化学性能测试结果图；
[0038]图2为本专利技术提供的对比例1制得的硬碳负极材料的电化学性能测试结果图。
具体实施方式
[0039]下面将结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0040]第一方面，本专利技术提供了一种硬碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0041]纳米多孔碳和含碳料经混合和/或反应后，进行高温碳化处理，得到所述硬碳负极
材料。
[0042]在本专利技术一些具体的实施例中，可将纳米多孔碳和含碳料经混合均匀后直接进行高温碳化处理，也可将纳米多孔碳和含碳料混合均匀并进行反应，然后再进行高温碳化处理。
[0043]即纳米多孔碳和含碳料可采用物理方法和/或化学方法进行复合。
[0044]在本专利技术一些具体的实施例中，所述混合可以采用任意的、常规的混合方法，例如搅拌、加热、研磨、喷雾干燥造粒等，但不限于此。
[0045]所述反应包括任意的、常规的化学反应，例如水热反应。
[0046]其中，所述含碳料中包括热塑性有机碳源；其中，热塑性是指物质在加热时能发生流动变形，冷却后可以保持一定形状的性质。
[0047]所述纳米多孔碳和所述热塑性有机碳源的质量比为0.1～2：10～150。其中，在上述质量比中，所述纳米多孔碳的质量包括但不限于0.3、0.5、0.8、1、1.2、1.4、1.5、1.7、1.9中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值；所述热塑性有机碳源的质量包括但不限于20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140中的任意一者的点值或任意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：纳米多孔碳和含碳料经混合和/或反应后，进行高温碳化处理，得到所述硬碳负极材料；其中，所述含碳料中包括热塑性有机碳源；所述纳米多孔碳和所述热塑性有机碳源的质量比为0.1～2：10～150。2.根据权利要求1所述的硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述纳米多孔碳的D50粒径小于500nm，优选为小于100nm；优选地，所述纳米多孔碳的孔径为1～10nm；优选地，所述纳米多孔碳的比表面积≥400m2/g。3.根据权利要求1所述的硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述热塑性有机碳源包括纤维素、木质素、葡萄糖、蔗糖、淀粉、沥青、酚醛树脂、古马隆树脂、环氧树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、柠檬酸和多巴胺中的至少一种。4.根据权利要求1所述的硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述含碳料中还包括溶剂；优选地，所述溶剂包括水和/或有机溶剂；优选地，所述有机溶剂包括乙醇、甲醇、丙酮和异丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭清彬，何蓓蓓，李礼，赵高超，苏道东，路笃元，
申请(专利权)人：泰安市法拉第能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：