多孔硬碳复合材料的制备方法及钠离子电池负极技术

本申请提供一种多孔硬碳复合材料的制备方法及钠离子电池负极，上述的多孔硬碳复合材料的制备方法包括如下步骤：将环氧树脂粉末进行煅烧操作，以得到多孔硬碳；对所述多孔硬碳进行第一次沉积操作，以得到沉积碳薄层包覆材料；将所述沉积碳薄层包覆材料置于过渡金属盐溶液，以得到混合浆料；对所述混合浆料进行调节pH操作，直至所述混合浆料的pH值为5

【技术实现步骤摘要】
多孔硬碳复合材料的制备方法及钠离子电池负极


[0001]本专利技术涉及电池领域，特别是涉及一种多孔硬碳复合材料的制备方法及钠离子电池负极。

技术介绍

[0002]硬碳因其储量丰富、成本低廉、工作潜力低而被认为是最有潜力的商业化负极材料。然而，硬碳材料的倍率性能和首次库伦效率(首效)在实际应用中仍不能令人满意。首次库伦效率是衡量电池负极材料的一个性能指标。人们提出了许多提高硬碳倍率性能的策略，如掺杂杂原子(N,F,P和S)和设计具有大比表面积的结构。然而，这种具有较大比表面积或杂原子掺杂的硬碳材料具有较高的平均工作电压和较低的首效(通常低于70％)，这也阻碍了其在全电池中的应用。相比之下，具有低比表面积和有限缺陷位点的硬碳材料可以获得较高的首效，但不能增强Na+的扩散动力学，从而导致电池的循环性能较差。因此，亟需一种有效的方法来实现快速的Na+存储动力学和高首效是必要的，通过物理法或化学法进行材料包覆可有效提高硬碳负极钠离子电池的首效与循环性能。其中，可以通过包覆对硬碳材料进行改性，包覆可以是物理法包覆，也可以通过化学法进行。化学包覆方法有溶胶凝胶法、化学沉积法等，其中化学沉积法得到的包覆膜更加均匀，且膜厚可控。
[0003]然而，无论是气相沉积或是电化学沉积方法都容易出现硬碳材料结构内堵孔的情况，造成硬碳材料的孔隙减少，从而导致负极储钠容量的降低，同时钠离子在硬碳负极材料中的迁移扩散也受到严重阻碍。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种能够增多硬碳材料的孔隙，实现电池高首效和高循环性能的多孔硬碳复合材料的制备方法及钠离子电池负极。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0006]一种多孔硬碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]将环氧树脂粉末进行煅烧操作，以得到多孔硬碳；
[0008]对所述多孔硬碳进行第一次沉积操作，以得到沉积碳薄层包覆材料；
[0009]将所述沉积碳薄层包覆材料置于过渡金属盐溶液，以得到混合浆料；
[0010]对所述混合浆料进行调节pH操作，直至所述混合浆料的pH值为5
‑
6；
[0011]对调节pH后的所述混合浆料进行超声操作，以将堵在所述多孔硬碳中的大孔与介孔之间的所述沉积碳薄层震破并使过渡金属化合物附着在孔周缘，得到过渡金属复合硬碳材料；
[0012]将所述过渡金属复合硬碳材料进行第二次沉积操作，以得到多孔硬碳复合材料。
[0013]在其中一个实施例中，在所述将环氧树脂粉末进行煅烧操作之前，还包括如下步骤：
[0014]将环氧树脂粉末置于管式炉中并持续通入第一气体。
[0015]在其中一个实施例中，所述对所述多孔硬碳进行第一次沉积操作，以得到沉积碳薄层包覆材料具体操作步骤如下：
[0016]停止通入所述第一气体；
[0017]对所述管式炉持续通入第二气体，以进行气相沉积操作，得到沉积碳薄层包覆材料。
[0018]在其中一个实施例中，在对所述多孔硬碳进行第一次沉积操作，以得到沉积碳薄层包覆材料之后，以及在所述将所述沉积碳薄层包覆材料置于过渡金属盐溶液，以得到混合浆料之前，还包括如下步骤：
[0019]停止通入所述第二气体，并使所述管式炉冷却至室温。
[0020]在其中一个实施例中，所述第一气体为氩气、氦气或氮气。
[0021]在其中一个实施例中，所述第二气体为甲烷、乙烷或乙烯。
[0022]在其中一个实施例中，对调节pH后的所述混合浆料进行超声操作，以将堵在所述多孔硬碳中的大孔与介孔之间的所述沉积碳薄层震破并使过渡金属化合物附着在孔周缘，得到过渡金属复合硬碳材料的具体操作步骤如下：
[0023]将调节pH后的所述混合浆料进行超声操作；
[0024]对超声后的所述混合浆料进行过滤操作，以得到过滤混合物；
[0025]对所述过滤混合物进行烘干操作，以得到过渡金属复合硬碳材料。
[0026]在其中一个实施例中，所述将所述过渡金属复合硬碳材料进行第二次沉积操作，以得到多孔硬碳复合材料的具体操作步骤如下：
[0027]将所述过渡金属复合硬碳材料进行研磨操作；
[0028]将研磨后的所述过渡金属复合硬碳材料置于所述管式炉；
[0029]对所述管式炉持续通入所述第二气体，以进行所述气相沉积操作，得到所述多孔硬碳复合材料。
[0030]在其中一个实施例中，所述过滤金属盐溶液为氯化铁、氯化铜、氯化镍及氯化钛中的一种或多种。
[0031]一种钠离子电池负极，采用上述任一实施例所述的多孔硬碳复合材料的制备方法制备而成的所述多孔硬碳复合材料。
[0032]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下优点：
[0033]本申请的多孔硬碳复合材料的制备方法，通过对多孔硬碳进行第一次沉积操作得到沉积碳薄层包覆材料，如此使得多孔硬碳的表面形成有一层沉积碳薄层。再通过将沉积碳薄层包覆材料置于过度金属盐溶液，并且调节pH值为5
‑
6的弱酸条件，此时多孔硬碳的孔隙是被沉积薄碳层堵住了，因此需要通过超声操作将薄层堵住孔隙部分震破，而在pH值为5
‑
6的弱酸条件超声可以将堵住多孔硬碳的孔隙的沉积薄碳层进行震破，被震破的孔隙周缘被过渡金属化合物附着，能够有效地防止在第二次沉积碳包覆过程中孔隙被堵的情况发生，并且在过渡金属催化下沉积层的形成更加均匀紧致，如此能够有效地提升了多孔硬碳复合材料的结构稳定性，同时还能够有效地解决化学沉积容易导致硬碳材料堵孔的问题，如此使得多孔硬碳复合材料在应用于钠离子电池负极时储钠容量得到有效地提升。进一步地，由于硬碳材料在应用于钠离子电池负极时具有高首效，如此多孔硬碳复合材料在用于钠离子电池负极时能够具备有较高首效及较高循环性能，即通过多孔硬碳复合材料的制备
的弱酸条件超声可以将堵住多孔硬碳的孔隙的沉积薄碳层进行震破，被震破的孔隙周缘被过渡金属化合物附着，能够有效地防止在第二次沉积碳包覆过程中孔隙被堵的情况发生，并且在过渡金属催化下沉积层的形成更加均匀紧致，如此能够有效地提升了多孔硬碳复合材料的结构稳定性，同时还能够有效地解决化学沉积容易导致硬碳材料堵孔的问题，如此使得多孔硬碳复合材料在应用于钠离子电池负极时储钠容量得到有效地提升。进一步地，由于硬碳材料在应用于钠离子电池负极时具有高首效，如此多孔硬碳复合材料在用于钠离子电池负极时能够具备有较高首效及较高循环性能，即通过多孔硬碳复合材料的制备方法进行材料包覆能够有效地提高硬碳负极钠离子电池的首效与循环性能。
[0047]请参阅图1，为了更好地理解本申请的多孔硬碳复合材料的制备方法，以下对多孔硬碳复合材料的制备方法作进一步的解释说明：
[0048]一实施方式的多孔硬碳复合材料的制备方法包括如下步骤：
[0049]S100，将环氧树脂粉末进行煅烧操作，以得到多孔硬碳。
[0050]在本实施例中，称取一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将环氧树脂粉末进行煅烧操作，以得到多孔硬碳；对所述多孔硬碳进行第一次沉积操作，以得到沉积碳薄层包覆材料；将所述沉积碳薄层包覆材料置于过渡金属盐溶液，以得到混合浆料；对所述混合浆料进行调节pH操作，直至所述混合浆料的pH值为5
‑
6；对调节pH后的所述混合浆料进行超声操作，以将堵在所述多孔硬碳中的大孔与介孔之间的所述沉积碳薄层震破并使过渡金属化合物附着在孔周缘，得到过渡金属复合硬碳材料；将所述过渡金属复合硬碳材料进行第二次沉积操作，以得到多孔硬碳复合材料。2.根据权利要求1所述的多孔硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，在所述将环氧树脂粉末进行煅烧操作之前，所述制备方法还包括如下步骤：将环氧树脂粉末置于管式炉中并持续通入第一气体。3.根据权利要求2所述的多孔硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述对所述多孔硬碳进行第一次沉积操作，以得到沉积碳薄层包覆材料的步骤包括：停止通入所述第一气体；对所述管式炉持续通入第二气体，以进行气相沉积操作，得到沉积碳薄层包覆材料。4.根据权利要求3所述的多孔硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，在对所述多孔硬碳进行第一次沉积操作，以得到沉积碳薄层包覆材料的步骤之后，以及在所述将所述沉积碳薄层包覆材料置于过渡金属盐溶液，以得到混合浆料的步骤之前，所述制备方法还包括如下步骤：停止通入所述第二气体，并使所述管式炉...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建兴，方波，陈金泉，张毓晨，白俊，殷永辉，
申请(专利权)人：广东一纳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：