一种多孔硬碳复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术实施例公开了一种多孔硬碳复合材料的制备方法，包括：将不饱和聚酯树脂、过氧化钠和交联剂混合，在通入含HCl的气体和温度为300

【技术实现步骤摘要】
一种多孔硬碳复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于储能材料
，涉及一种二次电池材料，尤其是一种多孔硬碳复合材料。

技术介绍

[0002]硬碳材料以其材料来源广泛、成本低廉、结构稳定、较低的嵌钠电压平台等优势，成为最具有商业化前景的负极材料。但是，硬碳负极目前仍然存在首次效率低、比容量偏低及其充电能力差等问题限制其在钠离子电池领域的批量推广。目前一般通过掺杂磷化合物、气体造孔等措施进行造孔提升材料的比容量，或者通过在硬碳表面沉积一层包覆层，可以阻断电解液与电极表面的接触，以缓解电解液的分解并优化电极电解液界面，提高首周库仑效率和动力学性能，但是会降低其材料的比容量。两者很难平衡。
[0003]多孔结构能提升硬碳材料的比容量，并具有较优异的快充性能，因此，多孔硬碳材料的研究在促进离子电池的商业化应用中具有重要的意义。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，为提升硬碳材料的比容量及其快充性能，本专利技术提供一种硬碳材料的制备方法，通过特殊物质的反应增加材料的孔洞结构，提升材料的比容量，并掺杂补钠剂提升首次效率；适用于钠离子电池所用负极材料。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]本专利技术第一方面的技术目的是提供一种多孔硬碳复合材料的制备方法，包括：
[0007]将不饱和聚酯树脂、过氧化钠和交联剂混合，通入含HCl的气体，在温度为300
‑
500℃反应，得到硬碳前驱体材料；
[0008]将所述硬碳前驱体材料和补钠剂混合，在惰性气氛下碳化，得到硬碳复合材料。
[0009]进一步的，所述不饱和聚酯树脂、过氧化钠和交联剂混合的重量比为100：1
‑
5：10
‑
30。
[0010]进一步的，所述不饱和聚酯树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂和聚氨酯树脂中的一种或多种。
[0011]进一步的，所述交联剂为酸酐交联剂，选自二苯基硼酸酐、3,5
‑
二甲氧基邻苯二甲酸酐、甲氧基乙酸酐、3
‑
甲基戊二酸酐、3,4
‑
二氯邻苯二甲酸酐和2
‑
乙氧基
‑2‑
氧代乙酸酐中的一种。
[0012]进一步的，所述含HCl的气体为HCl和惰性气体的混合气，所述惰性气体选自氮气、氦气、氖气、氩气、氪气和氙气中的至少一种，所述HCl与惰性气体的体积比1
‑
5：10，流量10
‑
100mL/min。
[0013]进一步的，通入含HCl的气体反应的时间为1
‑
6h。
[0014]进一步的，所述硬碳前驱体材料和补钠剂混合的重量比为100：1
‑
5。
[0015]进一步的，所述补钠剂选自乙基钠、丙基钠、丁基钠和苯基钠中的至少一种。
[0016]进一步的，所述碳化的温度为1000
‑
1500℃，时间为1
‑
6h。
[0017]本专利技术第二方面的技术目的是提供以上方法制备的多孔硬碳复合材料
[0018]本专利技术第三方面的技术目的是提供上述硬碳复合材料作为钠离子电池负极材料的应用。
[0019]实施本专利技术的技术方案，具有以下有益效果：
[0020](1)本专利技术利用过氧化钠与HCl反应生成氧气，与不饱和聚酯树脂中的不饱和键反应，并在交联剂的作用下生成多孔碳网硬碳前驱体，并经过高温处理，得到多孔微纳米硬碳材料，形成的多孔结构提升材料的比容量；
[0021](2)通过硬碳前驱体材料与有机补钠剂进行混合，烧结，降低其材料的不可逆容量，提升首次效率，并提升充放电过程中钠离子的传输速率，提升倍率性能。同时有机补钠剂在碳化过程中有机碳氢氧会生成气体并留下多孔碳结构，也可以进行储钠，较采用无机补钠剂反应条件温且不会留下杂质，提升材料的高温存储性能。
附图说明
[0022]图1为实施例1制备出的硬碳复合材料的SEM图。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术的实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]实施例1
[0025]步骤S1：
[0026]将100g酚醛树脂、3g过氧化钠、20g二苯基硼酸酐混合均匀，之后通入HCl和氮气的混合气体(HCl和氮气的体积比为3：10，流量为50mL/min)，升温到400℃固化3h，得到硬碳前驱体材料；
[0027]步骤S2:
[0028]将100g S1制备的硬碳前驱体材料与3g乙基钠混合，并在氩气惰性气氛下升温到1250℃碳化3h，得到硬碳复合材料。
[0029]实施例2
[0030]步骤S1：
[0031]将100g丙烯酸树脂、1g过氧化钠、10g 3,5
‑
二甲氧基邻苯二甲酸酐混合均匀，之后通入HCl和氮气的混合气体(HCl和氮气的体积比为1：10，流量为10mL/min)，升温到300℃固化6h，得到硬碳前驱体材料；
[0032]步骤S2:
[0033]将100g S1制备的硬碳前驱体材料与1g丁基钠混合，并在氩气惰性气氛下升温到1000℃碳化6h，得到硬碳复合材料。
[0034]实施例3
[0035]步骤S1：
[0036]将100g聚氨酯树脂、5g过氧化钠、30g甲氧基乙酸酐混合均匀，之后通入HCl和氮气的混合气体(HCl和氮气的体积比为5：10，流量为100mL/min)，升温到500℃固化1h，得到硬碳前驱体材料；
[0037]步骤S2:
[0038]将100g S1制备的硬碳前驱体材料与5g苯基钠混合，并在氩气惰性气氛下升温到1500℃碳化1h，得到硬碳复合材料。
[0039]对比例1
[0040]步骤S1：
[0041]将100g酚醛树脂、20g二苯基硼酸酐混合均匀，惰性气氛下升温到400℃固化3h，得到硬碳前驱体材料；
[0042]步骤S2:
[0043]将100g S1制备的硬碳前驱体材料与3g乙基钠混合，并在氩气惰性气氛下升温到1250℃碳化3h，得到硬碳复合材料。
[0044]对比例2
[0045]步骤S1：
[0046]将100g酚醛树脂、3g过氧化钠、20g二苯基硼酸酐混合均匀，之后通入HCl和氮气的混合气体(HCl和氮气的体积比为3：10，流量为50mL/min)，升温到400℃固化3h，得到硬碳前驱体材料；
[0047]步骤S2:
[0048]将S1制备的硬碳前驱体材料在氩气惰性气氛下升温到1250℃碳化3h，得到硬碳复合材料。
[0049]对比例本文档来自技高网...

【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，包括：将不饱和聚酯树脂、过氧化钠和交联剂混合，通入含HCl的气体，在温度为300
‑
500℃反应，得到硬碳前驱体材料；将所述硬碳前驱体材料和补钠剂混合，在惰性气氛下碳化，得到硬碳复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述不饱和聚酯树脂、过氧化钠和交联剂混合的重量比为100：1
‑
5：10
‑
30。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述不饱和聚酯树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂和聚氨酯树脂中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂为酸酐交联剂，选自二苯基硼酸酐、3,5
‑
二甲氧基邻苯二甲酸酐、甲氧基乙酸酐、3
‑
甲基戊二酸酐、3,4
‑
二氯邻苯二甲酸酐和2
‑
乙氧基
‑2‑
氧代乙酸酐中的一种。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：李军，
申请(专利权)人：江苏钠博恩新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：