钠离子电池用硬碳负极材料及制备方法、钠离子电池技术

本发明专利技术公开了一种钠离子电池用硬碳负极材料及制备方法、钠离子电池，其中钠离子电池用硬碳负极材料的制备方法包括以下步骤：S1，以含碳有机物作为碳源前驱体，以中空碳纳米线为自模板，将含碳有机物与通过球磨混合得到混合物料；S2，将步骤S1中混合后的物料进行高温碳化，获得钠离子电池用硬碳负极材料。本发明专利技术方法工艺简便，易实现规模化生产，且制备出来的钠离子电池用硬碳负极材料在应用时，容量在320mAh g

【技术实现步骤摘要】
钠离子电池用硬碳负极材料及制备方法、钠离子电池


[0001]本专利技术涉及钠离子电池材料制造领域，尤其涉及一种钠离子电池用硬碳负极材料及制备方法、钠离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为当今社会一种广泛使用的电化学储能器件，随着新能源汽车、便携性电子设备以及大规模储能技术的发展，需求量与日俱增，同时也带动了锂需求量的增加和价格的提升，进一步加剧锂资源的高成本和稀缺性等问题；现阶段我国的锂资源主要依赖于进口，因此寻找替代或备选储能技术是眼下的技术焦点；在锂电池潜在的诸多取代者中，钠离子电池因其具有丰富的储量、低廉的成本、较高的安全性等优点而备受青睐。
[0003]在钠离子电池的研究过程中，碳基材料因为具有来源广泛、资源丰富、结构多样和寿命长等优势而成为研究储钠负极材料的首选目标。其中，石墨材料作为钠离子电池负极材料难以形成钠插入石墨化合物，只有少量的Na
+
可以储存在石墨中，导致可逆容量被抑制；与石墨相比，非石墨化硬碳和可石墨化软碳作为钠离子电池的阳极材料容量较高，引起了研究者们最多的关注；其中，软碳材料在钠离子发生嵌脱反应的时候容易引起层间距的改变，且可石墨化软碳在高温下容易石墨化，层间距会减小，降低材料的储钠能力；而硬碳材料的硬碳层间距大，拥有较多的缺陷、空位，具有较高的储钠能力，但是硬碳材料受吸附
‑
嵌入
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孔填充机理的限制，容量往往在300mAh/g以下，如何提高硬碳的容量是迫切解决的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术目的是提供一种钠离子电池用硬碳负极材料及制备方法、钠离子电池，以含碳有机材料为碳源前驱体，以中空碳纳米线为自模板，通过高温碳化获得高容量、高首效的钠离子电池用硬碳负极材料，该制备方法工艺简便，易实现规模化生产，且制备出来的钠离子电池用硬碳负极材料在应用时，容量在320mAh g
‑1以上，库伦效率在91.5％以上。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0006]本专利技术的第一方面提供一种钠离子电池用硬碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1，以含碳有机物作为碳源前驱体，以中空碳纳米线为自模板，将所述含碳有机物与所述通过球磨混合得到混合物料；
[0008]S2，将所述步骤S1中混合后的物料进行高温碳化，获得钠离子电池用硬碳负极材料。
[0009]优选地，所述步骤S1中，所述含碳有机物选自葡萄糖、蔗糖、淀粉、纤维素、木质素、沥青、酚醛树脂、古马隆树脂、环氧树脂、柠檬酸、聚苯胺、聚氨酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚环氧乙烷
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b
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聚环氧丙烷
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b
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聚环氧乙烷三
嵌段共聚物、聚醚、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸丙烯酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯
‑
1,4
‑
环己烷二甲醇酯中的一种。
[0010]优选地，所述步骤S1中，所述中空碳纳米线为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、导电聚合物纳米线、模板法制备的碳纳米线中的一种。
[0011]优选地，所述步骤S1中，所述中空碳纳米线的直径≤100nm，比表面积≤100m2/g。
[0012]优选地，所述步骤S1中，所述中空碳纳米线的用量为所述钠离子电池用硬碳负极材料质量的0.01～20wt％。
[0013]优选地，所述步骤S1中；
[0014]所述球磨过程中，球磨转速为100～600转/分钟；和/或
[0015]所述球磨过程中，球磨时间为0.5～12h。
[0016]优选地，所述步骤S2中：
[0017]所述高温碳化过程中，碳化温度为1300～1800℃；和/或
[0018]所述高温碳化过程中的升温速率为1～20℃/min；和/或
[0019]所述高温碳化过程中，碳化气氛为N2，Ar，NH3，He，H2中一种或多种。
[0020]优选地，所述钠离子电池用硬碳负极材料的比表面积＜10m2/g，振实密度为0.85～1g/cm3，粒度为5～10μm；和/或
[0021]所述钠离子电池用硬碳负极材料的层间距为0.38～0.4nm；和/或
[0022]所述钠离子电池用硬碳负极材料的容量≥320mAh g
‑1，库伦效率≥91.5％。
[0023]本专利技术的第二方面提供一种根据专利技术第一方面所述的钠离子电池用硬碳负极材料的制备方法制备的钠离子电池用硬碳负极材料。
[0024]本专利技术的第三方面提供一种电池，包括采用如本专利技术第一方面所述的钠离子电池用硬碳负极材料的制备方法制备的钠离子电池用硬碳负极材料。
[0025]本专利技术的有益效果为：
[0026]1.本专利技术的钠离子电池用硬碳负极材料及制备方法、钠离子电池，以含碳有机材料为碳源前驱体，以中空碳纳米线为自模板，通过高温碳化获得高容量、高首效的钠离子电池用硬碳负极材料，该制备方法工艺简便，易实现规模化生产，且制备出来的钠离子电池用硬碳负极材料在应用时，容量在320mAh g
‑1以上，库伦效率在91.5％以上；
[0027]2.本专利技术制备过程中所用的含碳有机材料与中空碳纳米线相互混合后，其界面会存在大量的C
‑
O
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C键，在高温碳化过程中形成大量的纳米孔，同时结合中空碳纳米线的孔结构，从而提高钠离子电池用硬碳负极材料的储钠容量；
[0028]3.本专利技术的钠离子电池用硬碳负极材料具有较低的比表面积、较高的比容量和首效，工艺步骤少，原材料属于纯净物，无需清洗等，因此成本较低、容易实现产业化。
附图说明
[0029]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0030]图1为实施例1制备的钠离子电池用硬碳负极材料的XRD光谱图；
[0031]图2为实施例2制备的钠离子电池用硬碳负极材料的电化学性能图。
具体实施方式
[0032]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。
[0033]本专利技术所提供的一种钠离子电池用硬碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0034]S1，以含碳有机物作为碳源前驱体，以中空碳纳米线为自模板，将含碳有机物与通过球磨混合得到混合物料；
[0035]具体而言，首先选取原材料，采用含碳有机物作为碳源前驱体，以中空碳纳米线为自模板；然后将含碳有机物与中空碳纳米线通过球磨混合得到混合物料，其中，中空碳纳米线的用量为钠离子电池用硬碳负极材料质量的0.01～20wt％；在球磨过程中，为了使得含碳有机物与中空碳纳米线充分混匀，球磨转速为100～600转/分钟，球磨时间为0.5～12h。
[0036]在具体的实施例中，含碳有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池用硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，以含碳有机物作为碳源前驱体，以中空碳纳米线为自模板，将所述含碳有机物与所述通过球磨混合得到混合物料；S2，将所述步骤S1中混合后的物料进行高温碳化，获得钠离子电池用硬碳负极材料。2.如权利要求1所述的钠离子电池用硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述含碳有机物选自葡萄糖、蔗糖、淀粉、纤维素、木质素、沥青、酚醛树脂、古马隆树脂、环氧树脂、柠檬酸、聚苯胺、聚氨酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚环氧乙烷
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b
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聚环氧丙烷
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b
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聚环氧乙烷三嵌段共聚物、聚醚、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸丙烯酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯
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1,4
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环己烷二甲醇酯中的一种。3.如权利要求1所述的钠离子电池用硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述中空碳纳米线为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、导电聚合物纳米线、模板法制备的碳纳米线中的一种。4.如权利要求1所述的钠离子电池用硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述中空碳纳米线的直径≤100nm，比表面积≤100m2/g。5.如权利要求1所述的钠离子...

【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：