一种钠离子电池硬碳负极材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种钠离子电池硬碳负极材料的制备方法及其应用，属于二次电池技术领域。本发明专利技术提供的钠离子电池硬碳负极材料的制备方法包括：将碳源前驱体和酸溶液混合，得到混合液，使混合液在循环泵作用下循环流动，完成碳源前驱体的酸洗，过滤、洗涤、干燥后，将碳源前驱体在惰性气氛下进行碳化处理。本发明专利技术提供的制备方法能够提高碳源前驱体和酸溶液的有效接触，极大提高酸洗效率和酸洗效果，制备得到的负极材料储钠性能优异，具有较高的可逆比容量和首圈库伦效率，且方法简单，能够大幅降低生产时间和成本，适用于大规模硬碳负极材料的制备。的制备。的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池硬碳负极材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于二次电池
，具体涉及一种钠离子电池硬碳负极材料的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]由于碳酸锂的价格大幅波动，锂离子电池行业受到较大冲击，与之类似的钠离子电池得以快速发展，钠资源分布广泛、成本低廉、非战略性金属，规模化应用已势在必行，作为锂离子电池的补充具有绝对的应用前景。
[0003]钠离子电池常用的负极材料包括天然石墨、人造石墨、硬碳材料，其中天然石墨的酸洗提纯工艺已相对成熟，而硬碳材料及其前驱体的酸洗工艺仍在探索中。中国专利CN110148734A公开了以稻壳、椰壳、芦苇秆等为碳源，对碳源进行600～1100℃热处理、粉碎后，采用超声酸洗来去除硬碳材料中的杂质，提高其电化学性能。中国专利CN108975304A以花椒为碳源，经预炭化、高温碳化、退火后，采用酸液/碱液洗涤1～10h，来制备硬碳负极材料。
[0004]然而上述专利中公开的酸洗工艺均存在酸洗时间长、酸洗效率低的缺点，低效率的酸洗过程会延长硬碳负极材料的生产周期，或造成设备投入量大，对产能规划和生产成本都是不利的；且公开的酸洗工艺多基于实验室克级小试，固含量较低，采用的超声分散方式，在大规模生产过程中无法应用，因此，亟需一种酸洗效率高的硬碳负极材料的制备方法。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术的一个目的在于提供一种钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，提高了碳源前驱体的酸洗效率，具有较好的酸洗效果。
[0006]本专利技术的第二个目的在于提供一种钠离子电池硬碳负极材料的应用。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术的钠离子电池硬碳负极材料的制备方法的技术方案是：
[0008]一种钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：将碳源前驱体和酸溶液混合，得到混合液，使混合液在循环泵作用下循环流动，完成碳源前驱体的酸洗，过滤、洗涤、干燥后，将碳源前驱体在惰性气氛下进行碳化处理。
[0009]本专利技术提供的钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，通过使混合液在循环泵作用下循环流动，使浆料上下循环，疏水性碳源前驱体与酸溶液得以充分混合，提高了酸溶液和碳源前驱体的有效接触，显著提高酸洗效率，酸洗后的硬碳负极材料灰分值低，具备优异的除杂效果及酸洗效果，得到的硬碳负极材料储钠性能优异，具有较高的充放电电容量和库伦效率。
[0010]本专利技术提供的钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，方法简单，不需要投入大量设备，能够大幅降低生产时间和成本，适用于大规模硬碳负极材料的制备。
[0011]为了使除杂更彻底，提高酸洗效果，优选地，所述酸溶液选自盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸、乙酸、柠檬酸中的一种或两种以上。更优选地，所述酸溶液选自盐酸、硝酸、氢氟酸中的一种或两种以上。
[0012]为了提高除杂效果，优选地，所述酸溶液的质量分数为0.5～5wt％。更优选地，所述酸溶液的质量分数为0.5～4wt％。
[0013]为了进一步提高除杂效果，优选地，所述酸溶液至少包含盐酸和氢氟酸，所述盐酸和氢氟酸的质量分数比为2～3:0.5～1。
[0014]为了提高硬碳负极材料的储钠性能，优选地，所述碳源前驱体选自煤和炭化料中的一种，所述煤选自无烟煤、烟煤、褐煤、兰炭中的一种或两种以上，所述炭化料包括果壳炭化料、木炭、竹炭、树脂炭化料、高分子炭化料中一种或两种以上，所述果壳炭化料中的果壳选自椰壳、核桃壳、桃壳、枣壳、杏壳、樱桃壳、开心果壳、夏威夷果壳中的一种。
[0015]为了进一步提高酸洗效率，优选地，所述碳源前驱体的粒度小于2mm。所述碳源前驱体经过粗破碎使其粒度小于2mm，所述粗破碎包括鄂破和辊破。更优选地，所述碳源前驱体粗破碎后经过气流粉粹使其粒度D
50
为4～15μm。更优选地，所述碳源前驱体粒度D
50
为5～10μm。
[0016]为了提高碳源前驱体和酸溶液的有效接触，提高除杂效果，优选地，所述碳源前驱体在酸溶液中的固含量为5～30％，所述酸洗时间为10～50min。更优选地，所述碳源前驱体在酸溶液中的固含量为15～25％。
[0017]为了使酸溶液和碳源前驱体有效接触更加充分，杂质脱除效果更好，优选地，所述循环酸洗是在酸洗过程中采用循环泵，所述循环泵选自离心泵、螺杆泵、剪切泵、平滑泵、乳化泵、气动隔膜泵、高粘度泵的一种或两种以上。更优选地，所述循环泵为乳化泵、剪切泵中的一种。
[0018]为了使碳化处理效果更好，优选地，所述碳化处理的碳源前驱体的粒度D
50
为4～15μm，所述碳化处理温度为1000～1600℃，处理时间为1～10h。更优选地，所述碳化处理温度为1100～1400℃，处理时间2～6h。
[0019]本专利技术的钠离子电池硬碳负极材料的应用的技术方案是：
[0020]一种钠离子电池硬碳负极材料的应用，利用所述的钠离子电池硬碳负极材料制备钠离子电池的负极极片。
[0021]优选地，所述负极极片的制备方法包括：将所述硬碳负极材料、导电剂、粘结剂按照质量比90～95:1～5:1～5，加入有机溶剂制成一定黏度的浆料，设置涂覆厚度为100～200μm，经烘干、辊压后制成负极极片。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例6硬碳负极材料的SEM图；
[0023]图2为本专利技术实施例6硬碳负极材料的XRD图；
[0024]图3为本专利技术实施例6硬碳负极材料的首圈充放电曲线。
具体实施方式
[0025]一种钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：将碳源前驱体和酸溶
液混合，得到混合液，使混合液在循环泵作用下循环流动，完成碳源前驱体的酸洗，过滤、洗涤、干燥后，将碳源前驱体在惰性气氛下进行碳化处理。
[0026]在具体实施方式中，所述碳源前驱体通过鄂破和辊破完成粗破碎，通过气流粉粹完成细破碎；碳源前驱体可以先通过鄂破和辊破破碎为颗粒料，其粒度小于2mm，和酸溶液混合完成酸洗后，再通过气流粉碎破碎至D
50
为4～15μm，随后进行碳化处理；碳源前驱体也可以通过鄂破、辊破和气流粉粹直接破碎至D
50
为4～15μm，再和酸溶液混合完成酸洗，随后进行碳化处理。
[0027]在具体实施方式中，所述气流粉碎为采用气流磨进行气流粉碎。
[0028]在具体实施方式中，所述酸溶液至少包含盐酸和氢氟酸，酸溶液可以是盐酸和氢氟酸两种酸的混合酸，也可以是盐酸、氢氟酸和另外一种酸的三种混合酸；当另外一种酸为硝酸时，酸溶液为盐酸、氢氟酸和硝酸三种酸的混合酸，此时混合酸中的盐酸的质量分数为3～4wt％，氢氟酸的质量分数为0.5～1wt％，硝酸的质量分数为0.5～1wt％。
[0029]在具体实施方式中，所述酸溶液为盐酸和氢氟酸两种酸时，碳源前驱体可以直接在盐酸和氢氟酸组成的混合酸液中酸洗；碳源前驱体也可以先在一种酸溶液中进行酸洗，然后在另外一种酸溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将碳源前驱体和酸溶液混合，得到混合液，使混合液在循环泵作用下循环流动，直至完成碳源前驱体的酸洗，过滤、洗涤、干燥后，将碳源前驱体在惰性气氛下进行碳化处理。2.如权利要求1所述的钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述酸溶液选自盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸、乙酸、柠檬酸中的一种或两种以上。3.如权利要求2所述的钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述酸溶液的质量分数为0.5～5wt％。4.如权利要求3所述的钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述酸溶液至少包含盐酸和氢氟酸，所述盐酸和氢氟酸的质量分数比为2～3:0.5～1。5.如权利要求1所述的钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述碳源前驱体选自煤和炭化料中的一种，所述煤选自无烟煤、烟煤、褐煤、兰炭中的一种或两种以上，所述炭化料包括果壳炭化料、木炭、竹炭、树脂炭化料、高分子炭化料中一种或两种以上，所述果壳炭化...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云峰，杨华春，周晓飞，任小磊，王志强，王蒙，成华伟，王俊，
申请(专利权)人：河南省氟基新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：