一种改性非晶材料及其制备方法、负极片和钠离子电池技术

本发明专利技术属于二次电池技术领域，尤其涉及一种改性非晶碳材料，包括分子筛和非晶碳，所述改性非晶碳材料呈现核壳结构，外壳为分子筛，内核为非晶碳，所述非晶碳包括软碳和硬碳。本发明专利技术的一种改性非晶材料，具有高的结构稳定性、高的容量和良好的循环稳定性，能够提高首次库伦效率和循环寿命。次库伦效率和循环寿命。次库伦效率和循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种改性非晶材料及其制备方法、负极片和钠离子电池


[0001]本专利技术属于二次电池
，尤其涉及一种改性非晶材料及其制备方法、负极片和钠离子电池。

技术介绍

[0002]随着汽车电动化的快速发展，对锂离子动力电池的需求日益增大，导致锂资源供应日趋紧张，价格居高不下。另一方面，随着国家“碳达峰，碳中和”战略的快速推进，迫切需要发展以风力、光伏为主的清洁能源，为减少弃光、弃风现象，需要配置廉价、可持续、安全的储能电池。由于目前锂离子电池在储能中占主导地位，储能产业的快速发展同样加剧了锂资源的快速消耗和供需失衡。因此，开发基于非锂离子电池的新型储能电池迫在眉睫。钠离子电池具有成本低、资源丰富，安全性好、环境友好等显著优势，适合于大规模储能。但是钠离子的半径较大，且与石墨层不相容，很难嵌入石墨材料中，因此，开发合适的非石墨负极极为关键。
[0003]与石墨不同，非晶碳材料，包括软碳和硬碳，具有长程无序、短程有序结构，有较大的层间距，且内含孔洞，适合钠离子的嵌入和脱出。但是，非晶碳材料表面不易形成稳定SEI膜，且存在电解液易共嵌入及在表面易发生还原分解等问题，不利于长时间的电池循环，并且首次库效较低，因此需要对表面做一定修饰，抑制副反应的发生，提高首次库效和循环寿命。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种改性非晶材料，具有高的结构稳定性、高的容量和良好的循环稳定性，能够提高首次库伦效率和循环寿命。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种改性非晶碳材料，包括分子筛和非晶碳，所述改性非晶碳材料呈现核壳结构，外壳为分子筛，内核为非晶碳，所述非晶碳包括软碳和硬碳。
[0007]优选地，所述内核占改性非晶碳材料重量百分数的90％～99％，外壳占非晶碳材料重量百分数的1％～10％。
[0008]本专利技术的目的之二在于：针对现有技术的不足，而提供一种改性非晶材料的制备方法，制备方法简单，可控性好。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]一种改性非晶碳材料的制备方法，包括如下步骤：
[0011]步骤A1、将分子筛粉碎；
[0012]步骤A2、将非晶碳和粉碎后的分子筛均匀混合，并使分子筛包覆于非晶碳的表面形成包覆层得到复合颗粒；
[0013]步骤A3、将复合颗粒在惰性气氛下进行热处理制得改性非晶碳材料。
[0014]优选地，所述步骤A1中粉碎后分子筛的粒径为100nm～500nm。
[0015]优选地，所述步骤A2中包覆层的厚度为10nm～100nm。
[0016]优选地，所述步骤A3中热处理的温度为300～600℃，升温速率为1～10℃/分钟，热处理时间为1～5小时。
[0017]优选地，所述惰性气氛为氩气、氮气或氦气中的一种。
[0018]本专利技术的目的之三在于：针对现有技术的不足，而提供一种负极片，具有良好的电化学性能。
[0019]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0020]一种负极片，包括上述的改性非晶碳材料。
[0021]本专利技术的目的之四在于：针对现有技术的不足，而提供一种钠离子电池，副反应少，首次库伦效率高，循环寿命长。
[0022]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0023]一种钠离子电池，包括上述的负极片。
[0024]相对于现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术的改性非晶碳材料具有良好的结构，副反应少，制备耗能低，成本小，周期短，有利于规模化生产。本专利技术的改性非晶碳材料，表面含有分子筛，起到人工SEI的作用，可对非晶碳进行有效保护，有利于实现容量、库伦效率、循环寿命的优选平衡。
附图说明
[0025]图1是本专利技术的实施例1制备的改性硬碳材料的扫描电子显微照片。
[0026]图2是本专利技术的实施例1制备的改性硬碳材料的充放电曲线图。
[0027]图3是本专利技术的对比例1的原始硬碳材料充放电曲线图。
具体实施方式
[0028]下面结合具体实施方式和说明书附图，对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式并不限于此。
[0029]一种改性非晶碳材料，包括分子筛和非晶碳，所述改性非晶碳材料呈现核壳结构，外壳为分子筛，内核为非晶碳，所述非晶碳包括软碳和硬碳。
[0030]非晶碳包括软碳和硬碳，具有长程无序、短程有序结构，有较大的层间距，且内含孔洞，适合钠离子的嵌入和脱出。外壳的分子筛可以起到人工SEI膜的作用，达到去溶剂化效果，防止溶剂的共嵌入，有效抑制或减少表面副反应；另一方向，分子筛可以吸附电池循环过程中由于副反应生成的水分和气体，从而抑制电池的胀气，而且分子筛中固有的空隙可为钠离子提供通道，不影响钠离子在表面的快速传输，因此，改性非晶碳材料兼顾高的容量、高的首次库伦效率，以及良好的循环稳定性和倍率性能。分子筛为商业分子筛，选择但不限于3A型、4A型、5A型、10Z型、13Z型、Y型、钠丝光沸石型、ZSM
‑
5、TS
‑
1型中的至少一种；再优选，选择含钠的分子筛，可提供预钠化效果。
[0031]所述的非晶碳包括商业软碳和硬碳，选择但不限于煤基软碳、沥青基软碳、生物质基硬碳、树脂基硬碳、木质素基硬碳，所谓的硬碳是指高温(一般大于2000℃)下难石墨化的碳，所谓的软碳是指高温下可石墨化的碳，所述的软碳或硬碳的制备方法一般为将煤、沥青、树脂、生物质(如椰壳、木质素)等前驱体在一定温度下(1000～1500℃)惰性气氛中进行
热解碳化。
[0032]优选地，所述内核占改性非晶碳材料重量百分数的90％～99％，外壳占非晶碳材料重量百分数的1％～10％。优选地，内核占改性非晶碳材料重量百分数的90％～95％、95％～98％，具体地，内核占改性非晶碳材料重量百分数的90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％。优选地，外壳占非晶碳材料重量百分数的1％～4％、4％～8％、8％～10％，具体地，外壳占非晶碳材料重量百分数的1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％。现有碳材料没有本专利技术的核壳结构，容易在使用过程中包覆层脱落，导致性能变差，本专利技术的改性非晶碳材料能够形成牢固稳定的包覆层，不易脱落，从而改善循环性能。
[0033]本专利技术的目的之二在于：针对现有技术的不足，而提供一种改性非晶材料的制备方法，制备方法简单，可控性好。
[0034]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0035]一种改性非晶碳材料的制备方法，包括如下步骤：
[0036]步骤A1、将分子筛粉碎；
[0037]步骤A2、将非晶碳和粉碎后的分子筛均匀混合，并使分子筛包覆于非晶碳的表面形成包覆层得到复合颗粒；
[0038]步骤A3、将复合颗粒在惰性气氛下进行热处理制得改性非晶碳材料。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性非晶碳材料，其特征在于，包括分子筛和非晶碳，所述改性非晶碳材料呈现核壳结构，外壳为分子筛，内核为非晶碳，所述非晶碳包括软碳和硬碳。2.根据权利要求1所述的改性非晶碳材料，其特征在于，所述内核占改性非晶碳材料重量百分数的90％～99％，外壳占非晶碳材料重量百分数的1％～10％。3.如权利要求1或2所述的改性非晶碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A1、将分子筛粉碎；步骤A2、将非晶碳和粉碎后的分子筛均匀混合，并使分子筛包覆于非晶碳的表面形成包覆层得到复合颗粒；步骤A3、将复合颗粒在惰性气氛下进行热处理制得改性非晶碳材料。4.如权利要求3所述的改性非晶碳材料的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐雄文，涂健，谢健，
申请(专利权)人：湖南钠方新能源科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：