适用于宽温域条件下的钠离子电池负极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于钠离子电池技术领域，具体涉及适用于宽温域条件下的钠离子电池负极材料及其制备方法和应用，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
适用于宽温域条件下的钠离子电池负极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于钠离子电池
，具体涉及适用于宽温域条件下的钠离子电池负极材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]化石燃料是人类生产中消耗的最主要能源，但随着人类的不断开采，化石燃料的枯竭以及造成的环境污染是人类面临的巨大挑战
。
开发绿色可持续以及成本低廉的电化学储能体系具有重要的意义
。
众所周知，锂离子电池较高的能量密度
、
较大的工作电压以及较长的循环寿命被认为是目前储能领域中取得的最成功的技术
。
但由于锂资源分布不均匀
、
储量有限且成本较高不适合未来的大规模储能要求
。
钠与锂处于元素周期表中的同一主族，具有相似的化学性质，同时，钠储量丰富
、
成本低廉
、
安全性能优异受到研究人员的极大关注
。
因此，开发可充电钠离子电池
(SIBs)
具有重要意义
。
[0003]电极材料作为钠离子电池中必不可缺的组分之一，直接决定了
SIBs
的性能
。
因此，开发高性能的电极材料是未来
SIBs
商业化最重要的一步
。
目前制备的钠离子电池碳负极材料在室温下都具有较好的性能，但是为了实现钠离子电池应用场景的多元化，需要对宽温域条件下的钠离子电池做进一步研究
。
低温环境下，电解液的黏度增大，甚至部分会凝固，导致电池的导电率下降，并且电解液与电极材料和隔膜之间的相容性变差，电解液
‑
电极界面的电化学反应动力学缓慢，增加电池的极化
。
随着地球的温度越来越高，特别是一些特种高温环境需要用到电池，这对电池的设计是一个极大的挑战
。
温度过高，电解液的蒸发快，有可能引起电池内部短路，导致漏液
、
起火等事故，引起电池性能的大幅度下降
。
因此改善钠离子电池的高低温性能具有重大意义
。
[0004]目前常用的钠离子电池的负极材料主要包括碳基材料
、
合金材料以及有机化合物等，其中，碳材料储量丰富
、
具有优异的耐腐蚀性和高导电性有望率先实现产业化
。
石墨作为锂离子电池中应用最广泛的负极材料，具有较高的可逆容量和长使用寿命等被广泛的应用于便携式电子设备和电动汽车等领域，但是由于钠离子的半径比锂离子的半径大，且由于钠离子和碳层之间强烈的局部相互作用使得石墨不稳定，导致其储钠能力较低
。
相比于石墨，无定形碳材料由于具有较高的储钠容量，是目前最接近产业化的负极材料
。
无定形碳分为硬碳和软碳两类，硬碳具有较高的容量
、
较低的储钠电位和优异的循环稳定性被认为是一种优异的储钠材料，但是前驱体的成本较高限制了其产业化
。
因此，开发成本较低的软碳前驱体用于制备低成本的钠离子电池碳负极材料是未来研究的重要的方向
。
[0005]煤是生产软碳的一种前驱体，地理分布广，成本优越，如果将不可再生能源煤转化为用于储能体系的电极材料将具有很大应用前景
。
煤主要分为无烟煤
、
烟煤
、
褐煤三类
。
其中，褐煤的成本最低，经过高温碳化后可作为低成本钠离子电池负极材料
。
但是传统的管式炉碳化耗时比较长，通常需要两个小时及以上，这一过程需要花费大量的时间成本并造成大量的能量消耗
。
[0006]因此，如何利用褐煤制备低成本的钠离子电池碳负极材料，并使其具有宽温域特性，是本专利技术所要解决的问题
。

技术实现思路

[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了适用于宽温域条件下的钠离子电池负极材料及其制备方法和应用
。
目前的技术前驱体制备过程繁琐，原料昂贵
、
周期较长，后续的碳化过程需要经过管式炉长时间的煅烧，花费大量的时间成本和能源成本，并且纯碳钠离子电池负极材料在宽温域条件下的应用受到了限制，本专利技术可以解决上述问题
。
[0008]本专利技术具体是通过如下技术方案来实现的
。
[0009]本专利技术第一个目的是提供适用于宽温域条件下的钠离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1、
将块状褐煤粉碎成粉末后，进行酸洗，之后水洗至中性，制备褐煤前驱体；
[0011]S2、
以碳布作为导电载体，将
S1
制备的褐煤前驱体包裹在碳布中
(
为了防止高温煅烧过程中褐煤前驱体飘散
)
，对褐煤粉末进行脉冲加热处理，得到钠离子电池碳负极材料
。
[0012]进一步的，
S2
中，脉冲加热的温度：
1000℃
‑
1800℃。
[0013]进一步的，
S2
中，脉冲加热处理的总时间为
30s
‑
300s。
[0014]进一步的，
S2
中，脉冲次数为5‑
30
次
。
[0015]进一步的，
S1
中，采用的酸洗试剂为盐酸和氢氟酸的混合溶液，混合溶液中，盐酸的浓度为2‑
4mol/L
，氢氟酸的质量浓度为
10
％
‑
40
％
。
[0016]本专利技术第二个目的是提供由上述制备方法制备的钠离子电池负极材料
。
[0017]进一步的，所述钠离子电池负极材料适用于宽温域条件，宽温域的温度范围为
‑
40℃
‑
80℃。
[0018]本专利技术还提供了上述钠离子电池负极材料在钠离子电池中的应用
。
[0019]进一步的，钠离子电池的制备方法包括以下步骤：
[0020](1)
将所述钠离子电池碳负极材料
、
炭黑
、
聚偏氟乙烯按质量比为8：1：1混合，加入
NMP
，研磨后得到混合均匀的浆料，将混合浆料涂抹在铝箔上，真空干燥后，制备成电极片；
[0021](2)
在充满氩气的手套箱中，以金属钠为对电极，
1M
六氟磷酸钠的二乙二醇二甲醚溶液作为电解液，将步骤
(1)
电极片装配成
CR2023
纽扣电池
。
[0022]本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：
[0023]目前的技术前驱体制备过程繁琐，原料昂贵
、
周期较长，后续的碳化过程需要经过管式炉长时间的煅烧，花费大量的时间成本和能源成本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
适用于宽温域条件下的钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
将块状褐煤粉碎成粉末后，进行酸洗，之后水洗至中性，制备褐煤前驱体；
S2、
以碳布作为导电载体，将
S1
制备的褐煤前驱体包裹在碳布中，对褐煤粉末进行脉冲加热处理，得到钠离子电池负极材料
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
S2
中，脉冲加热的温度为
1000℃
‑
1800℃。3.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
S2
中，脉冲次数为5‑
30
次
。4.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
S2
中，脉冲加热处理的总时间为
30s
‑
300s。5.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
S1
中，采用的酸洗试剂为盐酸和氢氟酸的混合溶液，混合溶液中，盐酸的浓度为2‑
4mol/L
，氢氟酸的质量浓度为
10
％
‑
40
％
。6.
根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡小飞，王茹，李玉阳，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：