一种石油焦基钠电负极材料及其应用和钠离子二次电池制造技术

本发明专利技术提供了一种石油焦基钠电负极材料及其应用和钠离子二次电池，属于电极材料技术领域。本发明专利技术提供的石油焦基钠电负极材料，由石油焦材料依次经固体碱活化处理、洗涤以及烧结制备得到；所述石油焦基钠电负极材料的真密度为1.6～1.8g/cm3，比表面积为5～30m2/g，拉曼光谱中散射峰的强度比I

【技术实现步骤摘要】
一种石油焦基钠电负极材料及其应用和钠离子二次电池


[0001]本专利技术涉及电极材料
，尤其涉及一种石油焦基钠电负极材料及其应用和钠离子二次电池。

技术介绍

[0002]进入21世纪以来，由于前期人类对于煤、石油等化石能源的过度开发和利用，能源短缺与环境污染已经成为全球面临的两大严峻问题，这就迫切需要人们寻找可持续、可再生的新能源来代替传统能源，在此背景下，发展可再生能源就成为各国的当务之急，太阳能、风能、潮汐能、地热能、海洋能和氢能等逐渐受到人们的关注。近年来，在世界范围内，风能和太阳能等可再生能源快速发展，装机容量也逐年递增。以光伏发电为例，2017年全球光伏新增约81GW，累计装机容量约390GW，与全球核电装机水平大致相当。然而，风能及太阳能等可再生能源受天气、气候影响很大，其能量输出存在着不连续性和不稳定性等问题，对其合网、并网带来很大的挑战。目前风能及太阳能等可再生能源不能直接并网发电，使得近年来弃风、弃光现象频发，造成极大的能源浪费和严重的经济损失。
[0003]大容量储能技术是解决这类问题最有效的方法。长期以来，以锂离子电池为代表的电化学储能系统因其工作电压高、能量密度和功率密度大、安全性能好等优势，在储能领域中独树一帜，尤其是在便携式电子产品和电动汽车中得到了广泛的应用。然而锂的储量有限且分布不均使得锂离子电池价格较高，而且频繁充放电容易造成寿命缩减，导致总体投资成本居高不下；更严重的是，锂资源的价格近年来持续走高，锂离子电池的价格也随之飞涨，使其难以作为未来大规模储能领域的主力。而与锂同族的碱金属元素钠，具有与锂相似的性质，而且储量丰富，成本较低，此外钠离子电池负极的集流体可以用铝箔代替成本高昂的铜箔，进一步降低了成本，因此钠离子电池具有资源和成本的巨大优势，在大规模储能领域具有更大的应用潜力。
[0004]钠离子的半径(0.102nm)大于锂离子的半径(0.069nm)，因此不能直接把实用化的锂离子电池负极材料石墨作为钠离子电池负极材料：锂离子可以嵌入石墨层间形成一阶插层化合物LiC6并具有很好的电化学性能，但是石墨不可以脱嵌钠离子。因此寻找合适的负极材料便成为发展钠离子电池的关键，具体来说，优秀的钠离子负极应该满足如下要求：(1)脱嵌钠的电位较低，便于与高电位的正极材料进行匹配，实现高能量密度；(2)脱嵌钠的极化较小，便于进行大电流充放电；(3)在电解液中化学性质保持稳定，在电化学反应过程中结构稳定性好，可实现较长的循环寿命；(4)要有资源和成本的优势，材料资源丰富，价格低。从当前的研究来看，硬碳材料作为钠离子电池负极材料具有较好的应用前景，但是现有的硬碳材料主要为生物质硬碳材料，成本较高。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种石油焦基钠电负极材料及其应用和钠离子二次电池，本专利技术以石油焦材料为原料制备石油焦基钠电负极材料，成本较低，且所述石油焦基钠电
负极材料具有优异的电化学性能，适用于作为钠离子二次电池负极材料。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种石油焦基钠电负极材料，由石油焦材料依次经固体碱活化处理、洗涤以及烧结制备得到；所述石油焦基钠电负极材料的真密度为1.6～1.8g/cm3，比表面积为5～30m2/g，拉曼光谱中散射峰的强度比I
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为1.00～1.25。
[0008]优选地，所述石油焦材料包括针状焦、弹丸焦、球状焦、海绵焦和粉焦中的一种或多种。
[0009]优选地，所述固体碱活化处理过程中所述石油焦材料与固体碱的质量比为1：(1～20)。
[0010]优选地，所述固体碱为碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物。
[0011]优选地，所述固体碱活化处理的温度为500～900℃，保温时间为2～10h。
[0012]优选地，所述洗涤包括中性溶剂洗、酸洗和碱洗中的一种或多种。
[0013]优选地，所述烧结的温度为1000～1600℃，保温时间为2～10h。
[0014]优选地，所述石油焦基钠电负极材料的炭层间距为0.34～0.42nm。
[0015]本专利技术提供了上述技术方案所述石油焦基钠电负极材料在钠离子二次电池负极材料中的应用。
[0016]本专利技术提供了一种钠离子二次电池，所述钠离子二次电池的负极材料为上述技术方案所述石油焦基钠电负极材料。
[0017]本专利技术提供了一种石油焦基钠电负极材料，由石油焦材料依次经固体碱活化处理、洗涤以及烧结制备得到；所述石油焦基钠电负极材料的真密度为1.6～1.8g/cm3，比表面积为5～30m2/g，拉曼光谱中散射峰的强度比I
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为1.00～1.25。本专利技术以石油焦为原料，其属于软碳材料，对其进行固体碱活化处理，能够破坏石油焦的微观结构，在碳层结构中引入更多开孔结构，经洗涤后再进行烧结，能够阻碍石油焦材料的芳构化结构的有序重排，在碳层结构中形成较多闭合孔隙，将所得石油焦基钠电负极材料作为钠离子二次电池负极材料使用，具有较高的可逆容量，充放电曲线为“斜坡+平台”，斜坡容量以及平台容量均较高。同时，与生物质硬碳材料相比，本专利技术提供的方法以石油焦材料为原料，价格便宜，且石油焦材料的振实密度和压实密度比生物质原料高，利于在钠离子二次电池中的应用。此外，本专利技术提供的石油焦基钠电负极材料制备工序和设备成熟，适合大规模生产。实施例的结果显示，本专利技术提供的石油焦基钠电负极材料具有较高的首次可逆容量和首次库伦效率，在钠离子电池测试体系中，首次可逆容量为255～306mAh/g，首次库伦效率为79～90％；而且所述石油焦基钠电负极材料在倍率循环过程中比较稳定，库伦效率波动较小；随着烧结温度的升高，石油焦基钠电负极材料的I
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变小，无定形碳无序度降低，比表面积降低，闭合孔隙增多；与不进行固体碱活化处理以及洗涤的石油焦基钠电负极材料相比，本专利技术提供的石油焦基钠电负极材料的斜坡容量减少，平台容量增加，其中斜坡容量为153～173mAh/g，平台容量为102～150mAh/g，表明无定形碳斜坡区储钠容量来自于钠离子在缺陷位置的吸附，石油焦基钠电负极材料的储钠性能得到了一定程度的提升。
附图说明
[0018]图1为实施例1制备的石油焦基钠电负极材料的SEM图(30000
×
)；
[0019]图2为实施例1制备的石油焦基钠电负极材料的SEM图(10000
×
)；
[0020]图3为实施例1制备的石油焦基钠电负极材料的XRD图。
具体实施方式
[0021]本专利技术提供了一种石油焦基钠电负极材料，由石油焦材料依次经固体碱活化处理、洗涤以及烧结制备得到；所述石油焦基钠电负极材料的真密度为1.6～1.8g/cm3，比表面积为5～30m2/g，拉曼光谱中散射峰的强度比I
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石油焦基钠电负极材料，由石油焦材料依次经固体碱活化处理、洗涤以及烧结制备得到；所述石油焦基钠电负极材料的真密度为1.6～1.8g/cm3，比表面积为5～30m2/g，拉曼光谱中散射峰的强度比I
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为1.00～1.25。2.根据权利要求1所述的石油焦基钠电负极材料，其特征在于，所述石油焦材料包括针状焦、弹丸焦、球状焦、海绵焦和粉焦中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的石油焦基钠电负极材料，其特征在于，所述固体碱活化处理过程中所述石油焦材料与固体碱的质量比为1：(1～20)。4.根据权利要求3所述的石油焦基钠电负极材料，其特征在于，所述固体碱为碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢俊，胡亮，彭天权，谭桂明，
申请(专利权)人：赣州立探新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：