一种负极材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种负极材料及其制备方法与应用，其中负极材料的制备方法包括如下步骤：(1)将生物质材料进行一次碳化，制得预碳化材料；(2)将金属卤化物与石墨混合，加热并保温处理，得到金属卤化物

【技术实现步骤摘要】
一种负极材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于电极材料
，特别涉及一种负极材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]由于地球上锂资源很少，加上锂离子电池的广泛应用，使得锂资源更加短缺，锂的价格也居高不下，因此不适合用于大规模储能应用，亟需开发下一代综合性能优异的储能电池体系。而钠与锂属于同族元素，和锂具有相似的物化性质，储量丰富，价格低廉，并且其电极电位较锂离子的高0.3V，具有更加稳定的电化学性能和安全性能。因此，从成本、能耗、资源等角度来说，钠离子电池在规模化储能方面具有更大的市场竞争优势。然而，尽管钠离子在电极材料中的存储机制与锂离子相似，但由于钠离子很难嵌入石墨负极材料层间与石墨形成稳定的钠
‑
石墨层间化合物。因此，在锂离子电池中已实现商业化应用的石墨负极不适用于钠离子电池，需要寻找其他合适的负极材料。
[0003]硬碳，也称为不可石墨化碳，由于其无定形结构，有利于钠的嵌入和脱出，已被广泛用作钠离子电池的负极材料。以往的研究表明，硬碳作为钠离子电池的负极，具有低的储钠电势和高的比容量。其储钠容量主要来源于石墨区的层间嵌入和无定形区的微孔填充共同贡献。然而，虽然硬碳的多孔结构促进其具有高的储钠容量，但是大的比表面积也会带来固体电解质界面膜的大量形成，导致其首次库仑效率低(＜75％)，限制了钠离子电池的发展和实际应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种负极材料及其制备方法与应用，该制备方法制备得到的负极材料在应用到钠离子电池中时具有较高的可逆储钠容量和首次库伦效率。
[0005]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0006]一种负极材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将生物质材料进行一次碳化，制得预碳化材料；(2)将金属卤化物与石墨混合，加热并保温处理，得到金属卤化物
‑
石墨层间化合物；(3)将步骤(2)制得的金属卤化物
‑
石墨层间化合物与过氧化氢溶液混合，反应，清洗所得产物，得到二次扩层石墨；(4)将步骤(1)制得的所述预碳化材料与步骤(3)制得的所述二次扩层石墨混合、粉碎，然后进行二次碳化，得到所述负极材料。
[0007]优选的，步骤(1)中，所述生物质材料为椰壳、椰棕、稻壳、竹屑及松木粉中的至少一种。
[0008]进一步优选的，步骤(1)中，所述生物质材料为椰壳。
[0009]优选的，步骤(1)中，所述一次碳化的条件为保护气氛下升温至400
‑
800℃并保温1
‑
3h。
[0010]进一步优选的，步骤(1)中，所述一次碳化的条件为保护气氛下升温至500
‑
700℃并保温2
‑
3h。
[0011]优选的，步骤(2)中，所述金属卤化物为无水氯化铜及无水氯化铁中的至少一种。
[0012]进一步优选的，步骤(2)中，所述金属卤化物为无水氯化铜。
[0013]优选的，步骤(2)中，所述石墨为鳞片石墨。
[0014]优选的，步骤(2)中，所述金属卤化物与所述石墨按照摩尔比1：(1
‑
5)混合。
[0015]进一步优选的，步骤(2)中，所述金属卤化物与所述石墨按照摩尔比1：(2
‑
3)混合。
[0016]优选的，步骤(2)中，在所述加热前还进行了干燥，所述干燥是指在60
‑
100℃条件下干燥10
‑
30h。
[0017]进一步优选的，步骤(2)中，所述干燥是指在70
‑
90℃条件下干燥15
‑
25h。
[0018]优选的，步骤(2)中，所述加热并保温处理是指升温至600
‑
700℃并保温20
‑
30h。
[0019]进一步优选的，步骤(2)中，所述加热并保温处理是指升温至650
‑
700℃并保温20
‑
25h。
[0020]优选的，步骤(3)中，所述过氧化氢溶液的质量浓度为20％
‑
50％。
[0021]进一步优选的，步骤(3)中，所述过氧化氢溶液的质量浓度为25％
‑
35％。
[0022]优选的，步骤(3)中，所述反应的温度为50
‑
80℃，反应时间为1
‑
3h。
[0023]进一步优选的，步骤(3)中，所述反应的温度为50
‑
70℃，反应时间为1
‑
3h。
[0024]优选的，步骤(4)中，所述二次扩层石墨与所述预碳化材料的质量比为(0.5
‑
2)：(8
‑
9.5)。
[0025]进一步优选的，步骤(4)中，所述二次扩层石墨与所述预碳化材料的质量比为(0.5
‑
1.5)：(8.5
‑
9.5)。
[0026]优选的，步骤(4)中，所述混合是在高速混合机中进行，混合机的转速为1000
‑
2000rpm/min，混合时间设置为5
‑
15min。
[0027]进一步优选的，步骤(4)中，所述混合是在高速混合机中进行，混合机的转速为1200
‑
1600rpm/min，混合时间设置为7
‑
12min。
[0028]优选的，步骤(4)中，所述粉碎是在气流磨中进行，气流磨的投料频率为30
‑
50Hz，分级轮转速频率设置为40
‑
50Hz，引风机频率设置为20
‑
40Hz。
[0029]进一步优选的，步骤(4)中，所述粉碎是在气流磨中进行，气流磨的投料频率为35
‑
45Hz，分级轮转速频率设置为45
‑
50Hz，引风机频率设置为25
‑
35Hz。
[0030]优选的，步骤(4)中，所述二次碳化的条件为保护气氛下升温至1200
‑
1600℃并保温1
‑
3h。
[0031]进一步优选的，步骤(4)中，所述二次碳化的条件为保护气氛下升温至1300
‑
1500℃并保温2
‑
3h。
[0032]优选的，一种负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0033](1)将生物质材料在保护气氛下的箱式炉中升温至400
‑
800℃并保温1
‑
3h，由此获得预碳化材料；
[0034](2)将金属卤化物与天然鳞片石墨按1：(1
‑
5)摩尔比混合后，在60
‑
100℃真空干燥箱中干燥10
‑
30h，然后置于真空管式炉中，升温至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)将生物质材料进行一次碳化，制得预碳化材料；(2)将金属卤化物与石墨混合，加热并保温处理，得到金属卤化物
‑
石墨层间化合物；(3)将步骤(2)制得的金属卤化物
‑
石墨层间化合物与过氧化氢溶液混合，反应，清洗所得产物，得到二次扩层石墨；(4)将步骤(1)制得的所述预碳化材料与步骤(3)制得的所述二次扩层石墨混合、粉碎，然后进行二次碳化，得到所述负极材料。2.根据权利要求1所述的一种负极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述生物质材料为椰壳、椰棕、稻壳、竹屑及松木粉中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种负极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述一次碳化的条件为保护气氛下升温至400
‑
800℃并保温1
‑
3h。4.根据权利要求1所述的一种负极材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述金属卤化物为无水氯化铜及无水氯化铁中的至少一种。5.根据权利要求1所述的一种负极材料的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐俊，李长东，阮丁山，毛林林，张苗，
申请(专利权)人：湖南邦普循环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：