一种用于钠离子电池的碳纳米管修饰硬碳负极材料的制备方法技术

一种用于钠离子电池的碳纳米管修饰硬碳负极材料的制备方法。本发明专利技术利用无烟煤里少量Fe、Ca等元素作催化剂，在制备煤基钠电负极活性物质的同时制备出均匀分散的碳纳米管，将其用作导电剂，提升了硬碳负极材料的电化学性能。本方法如下：一、混合油酸与酒精，放入无烟煤粉，搅拌均匀。二、将步骤一所得物放入反应釜中，80～350℃保温1～3h。三、从反应釜中倒出，回流至酒精挥发。四、将步骤三所得物放入管式炉，在氮气环境下烧结，自然降温。五、酸洗除去金属元素、水洗至中性，干燥后即得高克容量的碳纳米管修饰硬碳负极材料。本发明专利技术制备负极材料，均匀分散的碳纳米管起导电剂作用，提升负极材料的可逆容量、循环稳定性等电化学性能。循环稳定性等电化学性能。循环稳定性等电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于钠离子电池的碳纳米管修饰硬碳负极材料的制备方法


本专利技术涉及一种用于钠离子电池的碳纳米管修饰硬碳负极材料的制备方法。

技术介绍

[0001]钠离子电池凭借着丰富的钠资源储量及成本优势，现已成为储能领域的研究热点。钠离子电池碳基负极材料包含负极活性物质、导电剂和粘结剂，其中碳纳米管(CNTs)凭借优异的导电性能被广泛用作导电剂。如果能在制备碳基钠电负极活性物质期间利用无烟煤中含有的少量Fe、Ca元素作催化剂，同时制备出碳纳米管(CNTs)，将会增加硬碳负极材料的导电性，提高钠电负极材料的可逆容量、循环稳定性等电化学性能，促进钠离子电池商业化发展。

技术实现思路

[0002]本专利技术为了寻找一种用于钠离子电池的碳纳米管修饰硬碳负极材料的制备方法，以提高煤基钠电负极材料的导电性、循环稳定性等电化学性能。1、一种用于钠离子电池的碳纳米管修饰硬碳负极材料的制备方法，按以下步骤进行。一、称取一定量的酒精与油酸搅拌混合均匀，其中油酸与酒精的质量比为1：1～20，搅拌时间为10～60min,使其混合均匀。二、按照油酸与无烟煤的质量比为10：0.01～10，将无烟煤粉放入步骤一的混溶液中，并在搅拌器中搅拌均匀。三、将步骤二所得混合物放入反应釜中，80～350℃保持1～3h。四、从反应釜中倒出，在60～100℃下回流直至酒精完全挥发冷凝，以回收酒精，节省材料成本。五、将步骤四所得得粘稠状混合物放入管式炉(或箱式炉)，在氮气(或惰性气体)环境下阶段式升温：第一段升温速率为5～10℃/min升温至500
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600℃，保温1～3h；第二段升温速率为2～8℃/min升温至850～1000℃，保温1～5h，随炉体自然降温。六、将步骤五所得物质放入硝酸(5wt％～30wt％)与氢氟酸(5wt％～30wt％)的混合溶液中，以洗去从无烟煤样中携带的少量的Fe、Ca元素，其中硝酸溶液与氢氟酸溶液的体积比为1：1～5，去离子水洗至中性，干燥后即得具有高比容量的碳纳米管修饰硬碳负极材料。
[0003]本专利技术制备的碳纳米管修饰硬碳负极材料在制备电极材料时不需要添加导电剂，组装成的扣式半电池可逆容量高，循环稳定性优异。
附图说明
图1为本专利技术制得材料的扫描电子显微镜(SEM)表征图，碳纳米管制备成功。
图2为本专利技术中实验一制得材料在不添加导电剂的情况下组装成CR2016纽扣电池在20mA/g电流密度下的首次充放电曲线图。图3为本专利技术中实验二制得材料在不添加导电剂情况下组装成CR2016纽扣电池在20mA/g电流密度下首次充放电曲线图。
具体实施方式
[0004]本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
[0005]具体实施方式一：一种用于钠离子电池的碳纳米管修饰硬碳负极材料的制备方法，按照以下步骤进行：一、称取一定量的酒精与油酸搅拌混合均匀，其中油酸与酒精的质量比为1：18，搅拌时间为10min,使其混合均匀。二、按照油酸与无烟煤粉的质量比为5：1，将无烟煤粉放入步骤一的混溶液中，并在搅拌器中搅拌均匀。三、将步骤二所得混合物放入反应釜中，180℃保持2h。四、从反应釜中倒出，在80℃下回流直至酒精完全挥发冷凝，以回收酒精。五、将步骤四所得得粘稠状混合物放入管式炉(或箱式炉)，在氮气(或惰性气体)环境下阶段式升温：第一段升温速率为8℃/min升温至600℃，保温1h；第二段升温速率为5℃/min升温至900℃，保温3h，随炉体自然降温。六、将步骤五所得物质放入硝酸(5wt％～30wt％)与氢氟酸(5wt％～30wt％)的混合溶液中，以洗去从无烟煤样中携带的少量的Fe、Ca元素，其中硝酸溶液与氢氟酸溶液的体积比为1：5，去离子水洗至中性，干燥后即得具有高比容量的碳纳米管修饰硬碳负极材料。
[0006]具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中油酸与酒精的质量比为1：10。其他步骤和参数与具体实施方式一相同。
[0007]具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤一中油酸与酒精的质量比为1：20。其他步骤和参数与具体实施方式一相同。
[0008]具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三不同的是步骤三中的加热温度为120℃，保温时间为2h。其他步骤和参数与具体实施方式一相同。
[0009]具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四不同的是步骤四中的第一段升温速率为5℃/min升温至500℃，保温2h；第二段升温速率为3℃/min升温至900℃，保温2h，随炉体自然降温。
[0010]采用下述实验验证本专利技术效果：实验一：一、称取一定量的酒精与油酸搅拌混合均匀，其中油酸与酒精的质量比为1：10，搅拌时间为20min,使其混合均匀。二、按照油酸与无烟煤的质量比为10：9，将无烟煤粉放入步骤一的混溶液中，并在搅拌器中搅拌均匀。三、将步骤二所得混合物放入反应釜中，300℃保持1h。四、从反应釜中倒出，在80℃下回流直至酒精完全挥发冷凝，以回收酒精。
五、将步骤四所得得粘稠状混合物放入管式炉(或箱式炉)，在氮气(或惰性气体)环境下阶段式升温：第一段升温速率为10℃/min升温至600℃，保温2h；第二段升温速率为8℃/min升温至1000℃，保温2h，随炉体自然降温。六、将步骤五所得物质放入硝酸(5wt％～30wt％)与氢氟酸(5wt％～30wt％)的混合溶液中，以洗去从无烟煤样中携带的少量的Fe、Ca元素，其中硝酸溶液与氢氟酸溶液的体积比为1：3，去离子水洗至中性，干燥后即得具有高比容量的碳纳米管修饰硬碳负极材料。
[0011]实验二：一种用于钠离子电池的碳纳米管修饰硬碳负极材料的制备方法，按照以下步骤进行：一、称取一定量的酒精与油酸搅拌混合均匀，其中油酸与酒精的质量比为1：18，搅拌时间为40min,使其混合均匀。二、按照油酸与无烟煤的质量比为10：0.8，将无烟煤粉放入步骤一的混溶液中，并在搅拌器中搅拌均匀。三、将步骤二所得混合物放入反应釜中，80℃保持3h。四、从反应釜中倒出，在80℃下回流直至酒精完全挥发冷凝，以回收酒精。五、将步骤四所得得粘稠状混合物放入管式炉(或箱式炉)，在氮气(或惰性气体)环境下阶段式升温：第一段升温速率为5℃/min升温至500℃，保温2h；第二段升温速率为5℃/min升温至900℃，保温3h，随炉体自然降温。六、将步骤五所得物质放入硝酸(5wt％～30wt％)与氢氟酸(5wt％～30wt％)的混合溶液中，以洗去从无烟煤样中携带的少量的Fe、Ca元素，其中硝酸溶液与氢氟酸溶液的体积比为1：5，去离子水洗至中性，干燥后即得具有高比容量的碳纳米管修饰硬碳负极材料。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于钠离子电池的碳纳米管修饰硬碳负极材料的制备方法，按照以下步骤进行。一、称取一定量的酒精与油酸搅拌混合均匀，其中油酸与酒精的质量比为1：1～20，搅拌时间为10～60min,使其混合均匀。二、按照油酸与无烟煤的质量比为10：0.01～10，将无烟煤粉放入步骤一的混溶液中，并在搅拌器中搅拌均匀。三、将步骤二所得混合物放入反应釜中，80～350℃保持1～3h。四、从反应釜中倒出，在60～100℃下回流直至酒精完全挥发冷凝，以回收酒精。五、将步骤四所得得粘稠状混合物放入管式炉(或箱式炉)，在氮气(或惰性气体)环境下阶段式升温：第一段升温速率为5～10℃/min升温至500
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600℃，保温1～3h；第二段升温速率为2～8℃/min升温至850～1000℃，保温1～5h，随炉体自然降温。六、将步骤五所得物质放入硝酸(5wt％～30wt％)与氢氟酸(5wt％～30wt％)的混合溶液中，以洗去从无烟煤样中携带的少量的Fe、Ca元素，其中硝酸溶液与氢氟酸溶液的体积比为1：1～5，去离子水洗至中性，干燥后即得具有高比...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志韬，魏余款，刘刚，黄腾飞，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：