一种复合碳材料及其制备方法、负极片和二次电池技术

本发明专利技术属于二次电池技术领域，尤其涉及一种复合碳材料，包括固态电解质和非晶碳材料，所述固态电解质包覆在所述非晶碳材料的表面，所述固态电解质占复合碳材料中的重量份数为1％～10％，所述非晶碳材料占复合碳材料中的重量份数为90～99％。本发明专利技术的一种复合碳材料，具有稳定结构，具有良好的倍率性能、循环性能和安全性能。能和安全性能。能和安全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种复合碳材料及其制备方法、负极片和二次电池


[0001]本专利技术属于二次电池
，尤其涉及一种复合碳材料及其制备方法、负极片和二次电池。

技术介绍

[0002]随着汽车电动化的快速发展，社会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。另一方向，随着国家“碳达峰，碳中和”战略的快速推进，廉价、可持续、安全的储能电池成主发展的主力。而锂离子电池又是储能电池中的主导地位，因此，储能产业的快速发展也加剧了锂资源的快速消耗，导致供需失衡。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，开发合适的非石墨类负极极为关键。
[0003]与石墨不同，硬碳或软碳材料为长程无序、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，硬碳或软碳材料表面不易形成牢固的SEI膜，导致易发生溶剂的共嵌入。另外，与锂在石墨中的结构不同，钠在硬碳或软碳中一般以金属态存在，还原性较强，易与有机溶剂发生反应产生氢气及其他气体，并且持续形成厚的SEI层会抑制钠的嵌入，容易发生表面析钠，带来安全隐患。因此，需要对表面做一定修饰改性，抑制副反应的发生，提高电池的循环寿命和安全性能。

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，而提供一种复合碳材料，具有稳定结构，具有良好的倍率性能、循环性能和安全性能。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种复合碳材料，包括固态电解质和非晶碳材料，所述固态电解质包覆在所述非晶碳材料的表面，所述固态电解质占复合碳材料中的重量份数为1％～10％，所述非晶碳材料占复合碳材料中的重量份数为90～99％。
[0007]其中，所述固态电解质包括钠离子导体和导电碳，所述钠离子导体包括硫化物陶瓷和氧化物陶瓷。
[0008]其中，所述氧化物陶瓷为NASICON型材料，分子式Na
3+2x
Zr2‑
x
M
x
Si2PO
12
，式中，M为二价元素，M选自Mg、Ca、Sr、Ba、Zn中的至少一种，0≤x≤0.5；或者，分子式为Na
3+x
Zr2‑
x
M
x
Si2PO
12
，M为三价元素，M选自La、Y、Nd、Sc中的至少一种，0≤x≤0.5；或者，分子式Na3Zr2‑
x
M
x
Si2PO
12
，式中，M为四价元素，M选自Ce、Ti、Hf、Ge中的至少一种，0≤x≤0.5；或者，分子式为Na3‑
x
Zr2‑
x
M
x
Si2PO
12
，M为五价元素，M选自Nb、Ta、V、Sb中的至少一种，0≤x≤0.5。
[0009]其中，所述氧化物陶瓷、硫化物陶瓷和导电碳的重量分数比为90～97：2～6：1～4。
[0010]本专利技术的目的之二在于：针对现有技术的不足，而提供一种复合碳材料的制备方法，制备简单，可控性好，易操作。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0012]一种复合碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0013]步骤S1、将氧化物陶瓷和硫化物陶瓷粉碎，加入导电碳混合得到固态电解质包覆层前驱体；
[0014]步骤S2、将固态电解质包覆层前驱体包覆于非晶碳材料表面形成包覆层，得到核壳结构的预处理材料；
[0015]步骤S3、将核壳结构的预处理材料在惰性氛围下进行热处理得到复合碳材料。
[0016]其中，所述步骤S1粉碎后氧化物陶瓷的颗粒粒径为50～100纳米，粉碎后硫化物陶瓷的颗粒粒径为10～50纳米。
[0017]其中，所述步骤S2中包覆层的厚度为50～100纳米。
[0018]其中，所述步骤S3中热处理的升温速率为1～10℃/分钟，热处理温度200～400℃，热处理时间1～5小时。
[0019]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，具有良好的结构稳定性和电化学性能。
[0020]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技述方案。
[0021]一种负极片，包括上述的复合碳材料。
[0022]本专利技术的目的之三在于：针对现有技术的不足，而提供一种二次电池，具有良好的倍率性能、循环性能和安全性能，并且电池不胀气。
[0023]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0024]一种二次电池，包括上述的负极片。
[0025]相对于现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0026]1、本专利技术的复合碳材料具有良好的结构稳定性和电化学性能，表面的固态电解质层，起到人工SEI膜的作用，可对非晶碳进行有效保护，抑制副反应的发生，有利于实现容量、库伦效果、循环寿命的优化平衡，所得钠离子电池具有循环寿命长、倍率性能优、库伦效率高不胀气等优点。
[0027]2、本专利技术的复合碳材料的原料和制备方法简单，能耗低，成本小，周期短，有利于规模化生产。
附图说明
[0028]图1是本专利技术的复合碳材料的SEM图。
[0029]图2是本专利技术的实施例1的复合碳材料的SEM图。
[0030]图3是本专利技术的制备出的二次电池示意图。
具体实施方式
[0031]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。
[0032]一种复合碳材料，包括固态电解质和非晶碳材料，所述固态电解质包覆在所述非晶碳材料的表面，所述固态电解质占复合碳材料中的重量份数为1％～10％，所述非晶碳材料占复合碳材料中的重量份数为90～99％。
[0033]其中，固态电解质占复合碳材料中的重量份数为1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％；非晶碳材料占复合碳材料中的重量份数为91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％。设置固态电解质的质量范围，从而控制包覆层的厚度和致密性，包覆层厚度过厚影响非晶碳材料的性能，包覆层过薄，容易影响结构稳定性，使包覆层容易脱落。
[0034]在一些实施例中，固态电解质包括钠离子导体和导电碳，所述钠离子导体包括硫化物陶瓷和氧化物陶瓷。钠离子导体与导电碳能够形成混合导电结构，从而提高固态电解质的导电性能。钠离子导体包括硫化物陶瓷和氧化物陶瓷，从而形成性能稳定的结构。
[0035]在一些实施例中，氧化物陶瓷为NASICON型材料，分子式Na
3+2x
Zr2‑
x
M
x
Si2PO
12
，式中，M为二价元素，M选自Mg、Ca、Sr、Ba、Zn中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合碳材料，其特征在于，包括固态电解质和非晶碳材料，所述固态电解质包覆在所述非晶碳材料的表面，所述固态电解质占复合碳材料中的重量份数为1％～10％，所述非晶碳材料占复合碳材料中的重量份数为90～99％。2.根据权利要求1所述的复合碳材料，其特征在于，所述固态电解质包括钠离子导体和导电碳，所述钠离子导体包括硫化物陶瓷和氧化物陶瓷。3.根据权利要求2所述的复合碳材料，其特征在于，所述氧化物陶瓷为NASICON型材料，分子式Na
3+2x
Zr2‑
x
M
x
Si2PO
12
，式中，M为二价元素，M选自Mg、Ca、Sr、Ba、Zn中的至少一种，0≤x≤0.5；或者，分子式为Na
3+x
Zr2‑
x
M
x
Si2PO
12
，M为三价元素，M选自La、Y、Nd、Sc中的至少一种，0≤x≤0.5；或者，分子式Na3Zr2‑
x
M
x
Si2PO
12
，式中，M为四价元素，M选自Ce、Ti、Hf、Ge中的至少一种，0≤x≤0.5；或者，分子式为Na3‑
x
Zr2‑

【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：