芳香族酚醛树脂基硬碳材料、钠离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种芳香族酚醛树脂基硬碳材料及其制备方法和应用。芳香族酚醛树脂基硬碳材料是将芳香族酚醛树脂粉末经低温(400～900℃)预热解和高温(1000～1800℃)热解制备而成。所制备获得的芳香族酚醛树脂基硬碳材料作为负极材料，应用于钠离子电池体系时，整体上具有充放电容量、循环稳定性和首次库伦效率等综合性能优势。综合性能优势。综合性能优势。

【技术实现步骤摘要】
芳香族酚醛树脂基硬碳材料、钠离子电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，具体涉及一种芳香族酚醛树脂基硬碳材料、钠离子电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]近些年，钠离子电池被认为是锂离子电池的重要补充。大量的研究工作致力于开发用于钠离子电池的电解质和正极材料。高性能负极材料在进一步提高钠离子电池的能量密度方面发挥着同样重要的作用。与平台电压高、循环稳定性差的合金负极材料和转化基负极材料相比，硬碳负极材料因其较低的平台电压和可接受的容量被认为是钠离子电池负极材料的有前途的候选者。
[0003]目前，已有采用部分树脂制备硬碳负极材料的研究，但是初始库仑效率和倍率性能依然需要进一步提升改进。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要提供芳香族酚醛树脂基硬碳材料及其制备方法和在制备钠离子电池中的应用。采用芳香族酚醛树脂基硬碳材料作为负极材料，所制备的钠离子电池表现出更优异的首次库伦效率、充放电容量和循环稳定性等综合性能。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：
[0006]本专利技术提供一种芳香族酚醛树脂基硬碳材料的制备方法，包括如下步骤：制备芳香族酚醛树脂粉末；将所述芳香族酚醛树脂粉末转入反应炉中，在氩气氛围下升温至400～900℃，进行预热解处理，冷却后得预热解产物；在氩气氛围下，升温至1000～1800℃，对所述预热解产物进行高温热解处理，冷却后，得硬碳材料。
[0007]在其中一些实施例中，所述芳香族酚醛树脂选自芳烷基酚醛树脂、联苯型酚醛树脂、双酚A型酚醛树脂中的至少一种。
[0008]优选地，所述芳香族酚醛树脂选自联苯型酚醛树脂。
[0009]在其中一些实施例中，预热解步骤的升温速率为1～10℃/min；和/或高温热解步骤的升温速率为1～15℃/min。
[0010]在其中一些实施例中，高温热解步骤的温度优选为1400～1800℃。
[0011]本专利技术还提供一种芳香族酚醛树脂基硬碳材料，采用芳香族酚醛树脂粉末依次经400～900℃预热解处理、冷却后再经1000～1800℃高温热解处理制备而成。
[0012]其中，所述芳香族酚醛树脂基硬碳材料的形貌为：宏观为不规则块状颗粒，并且颗粒内部存在纳米级微孔结构。优选地，纳米级微孔的孔径小于2nm。
[0013]本专利技术还可以提供一种负极极片，采用包含上述方法制备的硬碳材料制备而成。优选地，负极极片采用导电剂、粘结剂、溶剂以及包含上述方法制备的硬碳材料制备而成。
[0014]本专利技术还可以提供一种钠离子电池，其特征在于，包括正极极片、隔离膜、上述负极极片以及钠离子电解液。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的核心优势在于：
[0016]1)本专利技术的方法中使用芳香族酚醛树脂作为前驱体，其含有大量的芳香环，原料易得，采用两步热处理制备的硬碳材料应用于钠离子电池负极时，相较于其他负极材料，其制备的硬碳负极材料具有优良的首次库伦效率、充放电容量和循环稳定性。
[0017]具体来讲，芳香族酚醛树脂基硬碳材料作为钠离子电池的负极材料，具有更高的可逆比容量，在50mA/g的电流密度下可达384.8mAh/g。即使电流密度上升到1A/g，钠离子电池的容量仍能保持219.9mAh/g。钠离子电池循环1000圈后，容量保持率最高可以达到84.2％。相较于其他树脂类硬碳材料，芳香族酚醛树脂类硬碳材料的充放电容量、倍率性能和循环性能都得到了一定程度的提高。
[0018]2)尤其是，本专利技术的方法中采用两步热处理：第一步热处理可以看作预热解，部分杂质被消除，材料的微观结构变得更加有序，进一步进行高温热解，充放电性能容量和倍率性整体上能得到提高。
附图说明
[0019]图1为实施例4所制备的芳香族酚醛树脂基硬碳材料的SEM图。
具体实施方式
[0020]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明，以使本领域的技术人员更加清楚地理解本专利技术。以下各实施例，仅用于说明本专利技术，但不止用来限制本专利技术的范围。基于本专利技术中的具体实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的情况下，所获得的其他所有实施例，都属于本专利技术的保护范围。在本专利技术实施例中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品；在本专利技术实施例中，若未具体指明，所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。
[0021]在本申请中，芳香族酚醛树脂是指：一类具有苯环结构的酚醛树脂，在这类酚醛树脂中至少含有一个带离域键的苯环。
[0022]其中，联苯型酚醛树脂的结构式为：
[0023][0024]芳烷基酚醛树脂的结构式为：
[0025][0026]双酚A型酚醛树脂的结构式为：
[0027][0028]脂肪族酚醛树脂的结构式为：
[0029][0030]试验用部分关键材料来源及理化指标说明：
[0031]原料市售牌号理化指标来源联苯型酚醛树脂BNH
‑
851羟基当量(198
‑
208g/eq)湖南井原新材料科技有限公司芳烷基酚醛树脂XYH
‑
880羟基当量(172
‑
180g/eq)湖南井原新材料科技有限公司双酚A型酚醛树脂BPA
‑
18羟基当量(100
‑
160g/eq)江阴市东鹏国际科技贸易有限公司脂肪族酚醛树脂PF
‑
8106羟基当量(104
‑
110g/eq)湖南井原新材料科技有限公司
[0032]实施例1
[0033]本实施例提供一种芳香族酚醛树脂基硬碳材料的制备方法，包括如下步骤：
[0034]S1，将联苯型酚醛树脂通过振动磨样机制成粉末，得树脂粉末。
[0035]S2，将步骤S1制备的树脂粉末转移至管式炉中，通入氩气，进行预热解，工艺条件为：以1℃/min的速率从室温升至600℃，并保温2h。冷却至室温，得预热解产物。
[0036]S3，将步骤S2的预热解产物继续进行高温热解，工艺条件为：以2℃/min的速率从室温升至1000℃，并保温1h。冷却至室温，得硬碳材料。
[0037]本实施例还提供一种电池应用示例，其制备组装方法包括如下步骤：
[0038]S1，制备负极：
[0039]将上述制备的硬碳材料与炭黑、海藻酸钠按质量比8:1:1混合均匀，加入适量去离子水，搅拌混合成分布均匀的浆料(时间为5h)，接着将混合均匀的浆料涂覆在铜箔集流体上。真空干燥后，制成负极极片。
[0040]S2，电池组装：
[0041]在氩气氛围的手套箱中，以步骤S1制得的负极极片，以玻璃微纤维作为隔离膜，以金属钠片为对电极，泡沫镍作为垫片，以1mol/LNaPF6的乙二醇二甲醚溶液作为电解液，组装成纽扣电池HC1。
[0042]实施例2
[0043]本实施例提供一种芳香族酚醛树脂基硬碳材料的制备方法，其制备方法工艺步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种芳香族酚醛树脂基硬碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：制备芳香族酚醛树脂粉末；将所述芳香族酚醛树脂粉末转入反应炉中，在氩气氛围下升温至400～900℃，进行预热解处理，冷却后得预热解产物；在氩气氛围下，升温至1000～1800℃，对所述预热解产物进行高温热解处理，冷却后，得硬碳材料。2.根据权利要求1所述的芳香族酚醛树脂基硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述芳香族酚醛树脂选自芳烷基酚醛树脂、联苯型酚醛树脂、双酚A型酚醛树脂中的至少一种。3.根据权利要求2所述的芳香族酚醛树脂基硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述芳香族酚醛树脂选自联苯型酚醛树脂。4.根据权利要求1至3任一项所述的芳香族酚醛树脂基硬碳材料的制备方法，其特征在于，预热解步骤的升温速率为1～10℃/min，预热解保温处理1～10h；和/或高温热解步骤的升温速率为1～15℃/min，高温热解保温...

【专利技术属性】
技术研发人员：范长岭，张瑞生，刘继磊，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：