基于二次造粒工艺的球形煤基钠电负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于二次造粒工艺的球形煤基钠电负极材料的制备方法，具体包括如下步骤：步骤1，通过气流粉碎对煤基材料进行初步细化获得第一基体；步骤2，针对第一基体进行酸洗或碱洗除杂，获得第二基体；步骤3，针对第二基体在含氧气氛中进行初步煅烧获得第三基体；步骤4，针对第三基体通过砂磨处理进行二次细化获得第四基体；步骤5，针对第四基体进行喷雾造粒处理获得第五基体；步骤6，针对第五基体在惰性气氛下进行二次煅烧获得第六基体；步骤7，针对第六基体进行筛分处理，即得球形煤基钠电负极材料。本发明专利技术不仅提高了煤作为钠电负极材料的电化学性能，也扩宽了煤基前驱体的选择范围。围。围。

【技术实现步骤摘要】
基于二次造粒工艺的球形煤基钠电负极材料的制备方法


[0001]本专利技术属于钠离子电池材料负极材料
，涉及一种基于二次造粒工艺的球形煤基钠电负极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]钠与锂属于同族元素，化学性质类似，钠离子电池与锂离子电池有着相似的工作原理，在成本、倍率、安全性较锂离子电池更具优势，但其现有能量密度仅是锂离子电池的30
‑
50％。近些年，随着储能、低速电动车等的大规模应用，钠离子电池由于低成本、性能不错受到广泛关注。
[0003]相较锂离子电池材料体系，钠离子电池在负极材料的性能瓶颈更为凸显。现阶段，硬碳材料是公认的最具产业化前景的钠离子电池负极材料，其具有丰富的储钠位点，理论储钠克容量达到530mAh/g，并且具有价格低廉、嵌钠后体积形变小、低温和快充性能好等优点，但首次库伦效率低、长循环稳定性不高和压实密度低等问题限制了其大规模应用。
[0004]无烟煤具有碳含量高、杂质少、芳香结构发达、储量丰富、价格低廉等优点，并且经过碳化后，电化学性能不错，因其高性价比被中科海钠首先拿来做钠离子电池负极材料，但其存在形状不规则、比容量低等劣势亟待改善，加之近年来无烟煤价格增长过快、资源相对于整体煤炭资源有限，其作为钠电负极材料的性价比日渐降低，如何寻找到更合适的原材料或者制备工艺成了煤基硬碳的主要发展方向。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于二次造粒工艺的球形煤基钠电负极材料的制备方法，该方法制备的材料颗粒形貌规则、大小均匀，提高了材料电化学性能。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是，基于二次造粒工艺的球形煤基钠电负极材料的制备方法，具体包括如下步骤：
[0007]步骤1，通过气流粉碎对煤基材料进行初步细化获得第一基体，控制煤基粉末粒径不大于5μm；
[0008]步骤2，针对步骤1获得的第一基体进行酸洗或碱洗，获得第二基体；
[0009]步骤3，针对步骤2获得的第二基体在含氧气氛中进行初步煅烧获得第三基体；
[0010]步骤4，针对步骤3获得的第三基体，通过砂磨处理进行二次细化获得第四基体，控制第四基体粉末粒径不大于1μm；
[0011]步骤5，针对步骤4获得的第四基体进行喷雾造粒处理获得第五基体，控制第五基体粉末粒子范围在5
‑
10μm；
[0012]步骤6，针对步骤5获得的第五基体在惰性气氛下进行二次煅烧获得第六基体；
[0013]步骤7，针对步骤6获得的第六基体进行筛分处理，控制粒径不大于10um，即得。
[0014]本专利技术的特点还在于：
[0015]步骤1中煤基材料为无烟煤、褐煤、烟煤中的一种。
[0016]步骤2中，酸洗所用的酸性溶液为盐酸、硫酸、硝酸或草酸中的一种；所述碱洗所用的碱性溶液为氢氧化钾、氢氧化钠或氢氧化钙中的一种。
[0017]步骤3中初步煅烧的具体过程为：含氧气氛下，煅烧温度从室温升到250
‑
350℃，保温时间不少于2h，升温速率介于1
‑
10℃/min，并保持气体流通，煅烧完成后以1
‑
5℃/min降温至室温。
[0018]步骤6中，二次煅烧的具体过程为：惰性气氛下，煅烧从室温升到800
‑
1500℃范围之内，升温速率介于1
‑
20℃/min，并保持气体流通，煅烧完成后以1
‑
5℃/min降温至室温。
[0019]本专利技术的有益效果是，本专利技术提供了一种基于二次造粒工艺的球形煤基钠电负极材料的制备方法，通过二次造粒的方法可以获得粒径可控的规则球形硬碳负极材料，规则了颗粒形貌、提高了材料比容量，以满足较高能量密度、长循环寿命钠离子电池的性能需求。另外，本专利技术加大了前驱体的选择范围，煤基负极可以使用价格更低、储量更丰富的烟煤、褐煤等；整体来说，提高了煤基硬碳负极的性价比，为其在储钠领域的发展提供了更广阔的前景。
附图说明
[0020]图1是本专利技术基于二次造粒工艺的球形煤基钠电负极材料的制备方法的工艺流程图；
[0021]图2是本专利技术实施例1基于二次造粒工艺，用无烟煤制备的球形煤基钠电负极材料的扫描电镜图；
[0022]图3是本专利技术实施例1、2、3基于二次造粒工艺的球形煤基钠电负极材料的制备方法制备的硬碳材料与对比例1、2方法获得的硬碳材料的储钠电化学性能对比图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0024]本专利技术基于二次造粒工艺的球形煤基钠电负极材料的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0025]步骤1，称取煤基材料通过气流粉碎进行初步细化获得第一基体，控制煤基粉末粒径不大于5μm；煤基材料包括无烟煤、烟煤、褐煤中的一种；
[0026]步骤2，针对获得的第一基体进行酸洗或碱洗祛除粉末中的部分灰分获得第二基体；酸洗所用的酸性溶液为盐酸、硫酸、硝酸或草酸中的一种，碱洗所用的碱性溶液为氢氧化钾、氢氧化钠或氢氧化钙中的一种。
[0027]步骤3，针对获得的第二基体在含氧气氛中进行初步煅烧获得第三基体，煅烧从室温升到250
‑
350℃范围之内，保温时间不少于2h，升温速率介于1
‑
10℃/min，并保持气体流通，煅烧完成后以1
‑
10℃/min降温至室温；
[0028]初步煅烧终止温度介于250
‑
350℃，既可以实现煤基材料的预氧化又可以避免材料损失；
[0029]步骤4，针对获得的第三基体通过砂磨处理，进行二次细化获得第四基体，控制第四基体粉末粒径不大于1μm；
[0030]步骤5，针对获得的第四基体进行喷雾造粒处理获得第五基体，控制第五基体粉末
粒子范围在5
‑
10μm；通过喷雾造粒的方式获得粒径可控、大小均匀的规则球形煤基硬碳前驱体；
[0031]步骤6，针对获得的第五基体在惰性气氛下进行二次煅烧获得第六基体，煅烧温度从室温升到800
‑
1500℃范围之内，保温时间不少于2h，升温速率介于1
‑
20℃/min，并保持气体流通，煅烧完成后以1
‑
5℃/min降温至室温；在惰性气氛下对球形煤基硬碳前驱体进行高温煅烧形成硬碳；
[0032]步骤7，针对获得的第六基体进行筛分处理，控制粒径不大于10um，获得最终的硬碳负极材料。
[0033]实施例1(阳泉无烟煤二次造粒法)：
[0034]步骤1，称取阳泉无烟煤通过气流粉碎进行初步细化获得第一基体，控制煤基粉末粒径不大于5μm；
[0035]步骤2，针对步骤1获得的第一基体通过稀盐酸进行酸洗祛除粉末中的部分灰分获得第二基体；
[0036]步骤3，针对步骤2获得的第二基体在压缩空气中进行初步煅烧获得第三基体，初步煅烧以升温速率1℃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于二次造粒工艺的球形煤基钠电负极材料的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤1，通过气流粉碎对煤基材料进行初步细化获得第一基体，控制煤基粉末粒径不大于5μm；步骤2，针对步骤1获得的第一基体进行酸洗或碱洗，获得第二基体；步骤3，针对步骤2获得的第二基体在含氧气氛中进行初步煅烧获得第三基体；步骤4，针对步骤3获得的第三基体，通过砂磨处理进行二次细化获得第四基体，控制第四基体粉末粒径不大于1μm；步骤5，针对步骤4获得的第四基体进行喷雾造粒处理获得第五基体，控制第五基体粉末粒子范围在5
‑
10μm；步骤6，针对步骤5获得的第五基体在惰性气氛下进行二次煅烧获得第六基体；步骤7，针对步骤6获得的第六基体进行筛分处理，控制粒径不大于10um，即得球形煤基钠电负极材料。2.根据权利要求1所述的基于二次造粒工艺的球形煤基钠电负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中煤基材料为无烟煤、褐煤、烟煤中的一种。3.根据权利要求2所述的基于二次造...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋骞，薛孟尧，张长安，曹新龙，屈涛，贾彦龙，杨丽杰，李云祥，
申请(专利权)人：泾河新城陕煤技术研究院新能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：