一种钠离子电池硬炭负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种钠离子电池硬炭负极材料及其制备方法，涉及钠离子电池技术领域，所述制备方法包括如下步骤：将碳源溶于或分散于水中，得到碳源混合液；将高分子发泡材料置于碳源混合液中进行浸渍处理，得到固体A；对固体A进行缩聚处理，得到固体B；对固体B进行磨碎处理，得到粉末C；对粉末C进行受控碳化处理，得到粉末D；通入有机气体，对粉末D进行化学气相沉积处理，得到钠离子电池硬炭负极材料。本发明专利技术提供的钠离子电池硬炭负极材料的制备方法，制备的钠离子电池硬炭负极材料不仅孔结构丰富，且层间距适用于钠离子电池，进而得到比容量高、倍率性能好的钠离子电池用硬炭负极材料。倍率性能好的钠离子电池用硬炭负极材料。倍率性能好的钠离子电池用硬炭负极材料。

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池硬炭负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，尤其涉及一种钠离子电池硬炭负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，钠离子电池(SIBs)由于具有资源丰度高、成本低、安全性高等优势，在两轮车、物流车、储能系统等领域具有广阔的应用前景。
[0003]与锂离子相比，钠离子半径更大，因此传统锂电池石墨负极材料(层间距0.334nm)不能直接用于钠离子电池。软炭类负极材料由于层间距较小(＜0.36nm)，因此储钠容量(＜250mAh g
‑1)和首次库伦效率(＜80％)均较低，而且没有储钠平台，限制了其实用性。而硬炭类负极材料由于层间距＞0.38nm,因此具有较高的储钠容量(300mAh g
‑1)、较低的储钠平台(～0.1V)以及良好的循环稳定性，被认为是非常有潜力的钠离子电池商用化负极材料。
[0004]钠离子在硬炭材料中的存储，分为碳层间储钠、微孔储钠、碳层边缘缺陷储钠三种，存储机理介于锂电池(碳层间储锂为主)和超级电容器(微孔吸附离子为主)之间。
[0005]因此，如何制备孔结构丰富的硬炭材料，以开发出比容量高、倍率性能好的钠离子电池用硬炭负极材料，是目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是：为了能够制备出孔结构丰富的硬炭材料，本专利技术提供了一种钠离子电池硬炭负极材料的制备方法，该制备方法以高分子发泡材料为骨架、以生物质碳源对高分子发泡材料浸渍包覆，最终得到孔结构丰富、适用于钠离子电池的硬炭负极材料。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008]一种钠离子电池硬炭负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0009]S1：将碳源溶于或分散于水中，得到碳源混合液；
[0010]S2：将高分子发泡材料置于所述碳源混合液中进行浸渍处理，得到固体A；
[0011]S3：于惰性气氛、180
‑
300℃条件下对所述固体A进行缩聚处理，得到固体B；
[0012]S4：对所述固体B进行磨碎处理，得到粉末C；
[0013]S5：于惰性气氛、700
‑
1100℃条件下对所述粉末C进行受控碳化处理，得到粉末D；
[0014]S6：于800
‑
1100℃条件下，按照0.5
‑
10L/min流速通入有机气体，通入时间为30
‑
120min，对所述粉末D进行化学气相沉积处理，得到钠离子电池硬炭负极材料。
[0015]可选地，所述高分子发泡材料选自聚氨酯树脂发泡材料、酚醛树脂发泡材料中的至少一种。
[0016]可选地，所述酚醛树脂发泡材料为花泥。
[0017]可选地，所述碳源选自葡萄糖、蔗糖、淀粉、纤维素、木质素、木屑、竹屑、椰壳、坚果壳中的至少一种。
[0018]可选地，所述惰性气氛选自氮气气氛、氩气气氛、氦气气氛中的一种。
[0019]可选地，所述有机气体选自甲烷、乙烷、乙炔、丙酮、苯、甲苯、二甲苯中的至少一种。
[0020]可选地，步骤S3中于惰性气氛、180
‑
300℃条件下对所述固体A进行缩聚处理包括：于惰性气氛下，以0.5
‑
2℃/min的升温速率升至180
‑
300℃，对所述固体A进行热处理1
‑
5h。
[0021]可选地，步骤S5中于惰性气氛、700
‑
1100℃条件下对所述粉末C进行受控碳化处理包括：于惰性气氛下，以1
‑
10℃/min的升温速率升至700
‑
1100℃，对所述粉末C进行受控碳化处理30
‑
120min。
[0022]可选地，对所述粉末D进行化学气相沉积处理的时间为5
‑
60min。
[0023]本专利技术的另一目的在于提供一种钠离子电池硬炭负极材料，通过如上所述的钠离子电池硬炭负极材料的制备方法进行制备。
[0024]本专利技术的有益效果是：
[0025]本专利技术提供的钠离子电池硬炭负极材料的制备方法，以具有丰富孔结构的高分子发泡材料为硬炭骨架，再依次经浸渍、预碳化缩聚处理、受控碳化处理以及化学气相沉积处理后，对材料的层间距进行优化，使得制备的钠离子电池硬炭负极材料不仅孔结构丰富，且层间距适用于钠离子电池，进而得到比容量高、倍率性能好的钠离子电池用硬炭负极材料。
附图说明
[0026]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0027]图1是本专利技术实施例1制备的钠离子电池硬炭负极材料的透射电镜照片；
[0028]图2是本专利技术实施例1制备的钠离子电池硬炭负极材料的扫描电镜照片；
[0029]图3是本专利技术实施例1制备的钠离子电池硬炭负极材料的首次充放电曲线；
[0030]图4是本专利技术实施例1制备的钠离子电池硬炭负极材料的循环寿命曲线。
具体实施方式
[0031]现在对本专利技术作进一步详细的说明。下面描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制，基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的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。
[0032]为制备出孔结构丰富的硬炭材料，本专利技术提供一种钠离子电池硬炭负极材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
[0033]S1：将碳源溶于或分散于水中，得到碳源混合液；
[0034]S2：将高分子发泡材料置于碳源混合液中进行浸渍处理，处理时间20
‑
120min，得到固体A；
[0035]S3：于惰性气氛、180
‑
300℃条件下对固体A进行缩聚处理，得到固体B；
[0036]S4：对固体B进行磨碎处理，得到粉末C；
[0037]S5：于惰性气氛、700
‑
1100℃条件下对粉末C进行受控碳化处理，得到粉末D；
[0038]S6：于800
‑
1100℃条件下，通入有机气体，对粉末D进行化学气相沉积处理，得到钠离子电池硬炭负极材料。
[0039]其中高分子发泡材料由高分子材料如树脂等通过发泡而得到，因此，高分子发泡
材料具有丰富的孔结构；本专利技术以高分子发泡材料作为硬炭骨架，有助于增加制备的硬炭负极材料的孔结构；进一步的，由于现有的高分子发泡材料中的孔以大孔为主，直接对高分子发泡材料进行碳化制备的硬炭材料，比表面积过大，作为钠离子电池的负极材料时，首次效率较低；为解决该问题，本专利技术进一步通过碳源来对高分子发泡材料进行浸渍包覆，以便于最终得到具有适于钠离子存储的孔结构的硬炭材料。
[0040]具体的，本专利技术先采用碳源混合液来对高分子发泡材料进行浸渍，以使碳源进入高分子发泡材料的孔结构中，再于惰性气氛、180
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池硬炭负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将碳源溶于或分散于水中，得到碳源混合液；S2：将高分子发泡材料置于所述碳源混合液中进行浸渍处理，得到固体A；S3：于惰性气氛、180
‑
300℃条件下对所述固体A进行缩聚处理，得到固体B；S4：对所述固体B进行磨碎处理，得到粉末C；S5：于惰性气氛、700
‑
1100℃条件下对所述粉末C进行受控碳化处理，得到粉末D；S6：于800
‑
1100℃条件下，按照0.5
‑
10L/min流速通入有机气体，通入时间为30
‑
120min，对所述粉末D进行化学气相沉积处理，得到钠离子电池硬炭负极材料。2.如权利要求1所述的钠离子电池硬炭负极材料的制备方法，其特征在于，所述高分子发泡材料选自聚氨酯树脂发泡材料、酚醛树脂发泡材料中的至少一种。3.如权利要求2所述的钠离子电池硬炭负极材料的制备方法，其特征在于，所述酚醛树脂发泡材料为花泥。4.如权利要求1所述的钠离子电池硬炭负极材料的制备方法，其特征在于，所述碳源选自葡萄糖、蔗糖、淀粉、纤维素、木质素、木屑、竹屑、椰壳、坚果壳中的至少一种。5.如权利要求1所述的钠离子电池硬炭负极材料的制备方法，其特征在于，所述惰性气氛选自氮气气氛、氩气气氛、氦气气氛中的一种。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：谢皎，王瑨，
申请(专利权)人：成都佰思格科技有限公司，
类型：发明
国别省市：