本发明专利技术涉及钠离子电池技术领域，具体公开了一种甘蔗渣基钠离子电池硬碳负极活性材料的制备方法，将甘蔗渣经酸液处理，获得预处理甘蔗渣；将预处理甘蔗渣和沥青进行混捏改性反应，得到复合改性料；所述的改性反应的温度在沥青软化点温度以上且小于或等于400℃；将改性料进行焙烧处理，制得所述的甘蔗渣基钠离子电池硬碳负极活性材料。本发明专利技术还包括所述的方法制备的材料及其在钠离子电池池中的应用。本发明专利技术所述的工艺，能够基于甘蔗渣获得高性能的钠离子电池的材料。钠离子电池的材料。钠离子电池的材料。
【技术实现步骤摘要】
甘蔗渣基钠离子电池硬碳负极活性材料及其制备和应用
[0001]本专利技术属于负极材料领域，具体涉及钠离子电池负极材料领域。
技术介绍
[0002]储能市场的蓬勃发展掀起了电化学储能的研究热潮，二次电池作为电化学储能的重要组成部分在近些年来也备受关注。其中，锂离子电池受限于锂资源的匮乏使得其在大规模储能场景下的应用受限于资源的短板以及其缺乏导致的价格高昂等问题。钠离子电池的发展将直接解决锂离子电池的这些痛点，但是由于一些热力学的问题使得锂离子常见的石墨负极不能够充当钠离子电池的负极材料储钠，为此钠离子电池发展迫切需要合适的负极材料。硬碳材料用作钠离子电池的负极有着合适的储钠容量和较低的储钠电位，被认为是较为理想的钠离子电池负极材料。
[0003]目前硬碳材料的前驱体路线主要由树脂基、煤沥青基、生物质基等技术路线。面对钠离子电池储能应用场景，硬碳前驱体的批量供应与成本是核心考量。树脂基的硬碳材料开发难度较小但是难以避免原料价格高昂影响；煤沥青基等硬碳目前生产工艺难度较大，性能也较差；生物质前驱体工艺难度较小，生物质硬碳由于其性能优异，产业化速度较快。但当钠离子电池的发展进入成长放量阶段，难以保障原材料供应链的稳定性、低成本和一致性将成为瓶颈。为此探寻量大面广的生物质原料来高效合成高性能硬碳材料还是一个挑战。
技术实现思路
[0004]针对甘蔗渣难于制备钠离子电池适配的负极的问题，本专利技术第一目的在于，提供一种甘蔗渣基钠离子电池硬碳负极活性材料的方法，旨在基于甘蔗渣制备得到钠离子电池适配的、具备优异电化学性能的硬碳负极活性材料。
[0005]本专利技术第二目的在于，提供所述的制备方法制备的甘蔗渣基钠离子电池硬碳负极活性材料，旨在成功制备所述特殊物理化学结构，并具备优异电化学性能的新材料。
[0006]本专利技术第三目的在于，提供所述的甘蔗渣基钠离子电池硬碳负极活性材料在钠离子电池中的应用。
[0007]本专利技术第四目的在于，提供包含所述甘蔗渣基钠离子电池硬碳负极活性材料的钠离子电池及其负极和负极材料。
[0008]蔗糖行业产生大量甘蔗渣，甘蔗渣为甘蔗茎经压榨后形成的渣料，其含有大量致密纤维性结构，且外壁坚硬，内核松软，材料性质均一性差；采用甘蔗渣制备钠离子电池材料需要面临诸多制备难点：例如：(1)如何选择性保留甘蔗渣中的电化学有益成分，降低电化学无益成分的问题，(2)如何解决甘蔗渣物理化学结构特性所致的制备材料存在突出的结构缺陷问题；(3)如何构建钠离子适配的物化结构；(4)如何解决甘蔗渣制备的负极活性材料的产率较差等问题。针对甘蔗渣制备钠离子电池负极材料所面临的问题，本专利技术提供以下解决方案：
[0009]一种甘蔗渣基钠离子电池硬碳负极活性材料的制备方法，将甘蔗渣经酸液处理，获得预处理甘蔗渣；
[0010]将预处理甘蔗渣和沥青进行混捏改性反应，得到复合改性料；所述的改性反应的温度在沥青软化点温度以上且小于或等于400℃；
[0011]将改性料进行焙烧处理，制得所述的甘蔗渣基钠离子电池硬碳负极活性材料。
[0012]针对甘蔗渣制备钠离子电池负极面临的诸多问题，本专利技术创新地发现，将甘蔗渣预先经酸液处理，随后再和沥青采用混捏方法进行改性，并进一步配合改性温度的联合控制，如此能够实现协同，可利用甘蔗渣的特点对沥青进行氧合化学改性，进而解决沥青在碳化阶段容易石墨化，难于制备钠离子适配的硬碳结构的问题，此外，还可基于沥青的改性反应，能够有效修复甘蔗渣由于物质特性所致的表面平整性不理想，缺陷较多的问题。本专利技术中，基于所述的酸处理以及沥青复合的混合双协同改性，能够选择性地调控甘蔗渣的结构成分，此外，还能够意外地修复表面缺陷，可以协同制备得到钠离子适配的、具有优异钠离子电池性能的负极活性材料。
[0013]所述的甘蔗渣为甘蔗茎经压榨处理得到的渣料；
[0014]优选地，将甘蔗渣浸泡在酸液中，随后进行固液分离，获得预处理甘蔗渣；或者采用酸液对甘蔗渣进行喷淋处理，随后固液分离，制得预处理甘蔗渣。本专利技术中，所述的酸处理和后续的沥青辅助的混捏双重改性处理，能够实现协同，有助于调控甘蔗渣中的电化学活性有益成分，降低结构缺陷，构建钠离子适配的结构，有助于协同改善钠离子电池的电化学性能。
[0015]作为优选，所述的酸液为无机酸的水溶液；优选为盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸中的至少一种的水溶液；
[0016]优选地，酸液的溶质的浓度为0.5～3M。
[0017]本专利技术中，酸液处理的甘蔗渣和沥青以混捏的方式复合改性以及改性温度的联合控制是协同改善双重改性效果，改善得碳率和钠离子适配能力，改善钠离子电池电化学性能的关键。
[0018]沥青在碳化过程中会存在一定的石墨化，难于成功制备硬碳材料，然而，本专利技术中，创新地采用酸处理的甘蔗渣和沥青进行复合混捏改性处理，能够基于甘蔗渣的氧合能力对沥青进行改性，且能够进一步利于改性反应对甘蔗渣的缺陷以及一致性进行修复，如此可基于二者的协同双重改性，协同改善材料的钠离子电池性能和产能。
[0019]本专利技术中，对沥青类型没有特别的要求，例如，其软化点温度为50～250℃，优选为150～175℃。本专利技术中，优选的沥青有助于进一步改善混捏双重改性效果，有助于进一步协同改善制备的材料的钠离子电池性能。
[0020]所述的预处理甘蔗渣和沥青重量比为1：0.1～1.5，优选为1:0.1～0.5。研究发现，在优选的比例下，能够获得更优的双混捏改性效果，有助于进一步协同改善制备的材料的钠离子电池的电化学性能。
[0021]作为优选，预先将预处理甘蔗渣和沥青进行混捏预处理，随后再进行后续的混捏改性反应。本专利技术研究还发现，创新地预先将预处理甘蔗渣和沥青混捏预处理，可进一步协同改善双重混捏改性效果。
[0022]本专利技术中，预处理甘蔗渣和沥青混捏预处理阶段的压力为常压或者负压。
[0023]进一步优选，预先将预处理甘蔗渣和沥青在负压下进行混捏预处理，随后再进行后续的混捏改性反应。本专利技术中，预先进行负压预处理，随后再升温进行后续的混捏改性，基于变气、变压以及梯度控温方式，能够进一步协同改善二者双重改性效果，有助于进一步协同解决甘蔗渣制备的难题，并能够协同调控电化学有益成分，构建钠离子适配的物化结构，修复缺陷，并协同改善材料在钠离子电池中的电化学性能。
[0024]优选地，预处理的温度为沥青软化点温度的0.9～1.2倍，进一步优选为1～1.2倍。
[0025]优选地，负压的压力小于或等于0.5atm(标准大气压)，优选小于或等于0.1atm。
[0026]作为优选，混捏改性反应中的气氛为含氧气氛。本专利技术中，在该优选的气氛下进行混捏改性，有助于进一步协同改善双重协同改性效果，有助于进一步解决甘蔗渣制备难题，能够进一步改善制备的材料在钠离子电池中的电化学性能。
[0027]所述的含氧气氛例如为氧气，氧气
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氮气混合气、氧气
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惰性气体混合气、空气等。优选地，所述的含氧气本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种甘蔗渣基钠离子电池硬碳负极活性材料的制备方法，其特征在于，将甘蔗渣经酸液处理，获得预处理甘蔗渣；将预处理甘蔗渣和沥青进行混捏改性反应，得到复合改性料；所述的改性反应的温度在沥青软化点温度以上且小于或等于400℃；将改性料进行焙烧处理，制得所述的甘蔗渣基钠离子电池硬碳负极活性材料。2.如权利要求1所述的甘蔗渣基钠离子电池硬碳负极活性材料的制备方法，其特征在于，所述的甘蔗渣为甘蔗茎经压榨处理得到的渣料；优选地，将甘蔗渣浸泡在酸液中，随后进行固液分离，获得预处理甘蔗渣；或者采用酸液对甘蔗渣进行喷淋处理，随后固液分离，制得预处理甘蔗渣；所述的酸液为无机酸的水溶液；优选为盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸中的至少一种的水溶液；优选地，酸液的溶质的浓度为0.5～3M。3.如权利要求1所述的甘蔗渣基钠离子电池硬碳负极活性材料的制备方法，其特征在于，所述的沥青的软化点温度为50～250℃，优选为150～175℃；优选地，所述的预处理甘蔗渣和沥青的重量比为1：0.1～1.5，优选为1:0.1～0.5。4.如权利要求1所述的甘蔗渣基钠离子电池硬碳负极活性材料的制备方法，其特征在于，预先将预处理甘蔗渣和沥青进行混捏预处理，随后再进行后续的混捏改性反应；优选地，预处理的温度为沥青软化点温度的0.9～1.2倍，进一步优选为1～1.2倍；优选地，混捏预处理过程在常压或者负压下进行，进一步优选在负压下进行。5.如权利要求1或4所述的甘蔗渣基钠离子电池硬碳负极活性材料的制备方法，其特征在于，混捏改性反应的温度大于或等于1.4倍的沥青软化点温度；...
【专利技术属性】
技术研发人员：张治安，郑景强，赖延清，李思敏，王丹君，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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