一种硬碳材料及其制备方法和负极极片技术

本发明专利技术涉及钠离子电池技术领域，尤其是涉及一种硬碳材料及其制备方法和负极极片。本发明专利技术的一种硬碳材料的制备方法，包括如下步骤：S1、萜烯树脂、氧化石墨烯和交联剂的混合物进行预处理后得到硬碳前驱体；S2、所述硬碳前驱体和造孔剂的混合物进行高温碳化处理，得到所述硬碳材料。本发明专利技术以萜烯树脂和氧化石墨烯为原料，在交联剂和造孔剂的作用下，可以得到生产成本低、孔径和孔容可调控、具有优异的首效性能、容量性能和容量保持率的硬碳材料；将其用于钠离子电池的负极材料，可进一步降低电池的生产成本，赋予电池优异的倍率性能和循环性能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种硬碳材料及其制备方法和负极极片


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，尤其是涉及一种硬碳材料及其制备方法和负极极片
。

技术介绍

[0002]随着碳酸锂价格的提高，对钠离子电池的需求增加
。
目前，锂离子电池使用的石墨负极无法直接在钠离子电池中使用，钠离子半径较锂离子大，而石墨负极的层间距较窄，无法镶嵌足量的钠离子，导致电池克容量极低
。
无定型碳是常用的钠离子电池负极材料，其中又以硬碳负极为主，软碳负极为辅
。
[0003]硬碳材料大体可以分为树脂基
、
沥青基和生物基三种
。
其中，树脂基硬碳材料性能可靠
、
一致性达标，杂质相对较少，缺点是原材料成本高，且加工过程中易挥发造成提碳效率较低
。
沥青基硬碳材料获得渠道广，造价低廉，每吨单价可以下探到2万元左右，但首效性能以及能量密度性能一般
。
生物基硬碳材料，具有工艺成熟
、
性能优越
、
一致性尚可等特点，前驱体方面可以选用椰子壳
、
淀粉
、
酒糟等含碳生物质，缺点是成本相对较高
。
因此寻找一种低成本，高性能
、
且批次稳定的钠电硬碳材料迫在眉睫
。
[0004]常规树脂类硬碳指的是酚醛树脂，包括苯酚
‑
甲醛树脂
、
间二苯酚
‑
甲醛树脂
、
对二苯酚
‑
甲醛树脂和苯酚
‑
糠醛树脂等，采用此类树脂成本制作硬碳，成本偏高，无法满足目前市场需求
。
[0005]有鉴于此，特提出本专利技术
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的第一目的在于提供一种硬碳材料的制备方法，可大幅度降低生产成本，得到孔径和孔容可调的高性能硬碳材料
。
[0007]本专利技术的第二目的在于提供一种硬碳材料，价钱低廉，具有优异的首效性能
、
容量性能和容量保持率
。
[0008]本专利技术的第三目的在于提供一种负极极片，包括采用如上所述的硬碳材料
。
[0009]为了实现本专利技术的上述目的，采用以下技术方案：
[0010]本专利技术提供了一种硬碳材料的制备方法，包括如下步骤：
[0011]S1、
萜烯树脂
、
氧化石墨烯和交联剂的混合物进行预处理后得到硬碳前驱体；
[0012]S2、
所述硬碳前驱体和造孔剂的混合物进行高温碳化处理，得到所述硬碳材料
。
[0013]进一步地，步骤
S1
中，所述萜烯树脂的软化点为
50
～
140℃
，残炭率为5％～
12
％
。
[0014]优选地，步骤
S1
中，所述氧化石墨烯的层数为1～5层，片径
<20
μ
m
，氧含量
<30wt
％，
ID/IG>0.8。
[0015]优选地，步骤
S1
中，所述交联剂包括磷酸二氢铵
、
五氧化二磷
、
多巴胺
、
硫脲和马来酸酐中的至少一种
。
[0016]进一步地，步骤
S1
中，所述萜烯树脂
、
所述氧化石墨烯和所述交联剂的质量比为
(2
～
6)
：
(0.5
～
1.5)
：
(0.5
～
1.5)。
[0017]进一步地，步骤
S1
中，所述预处理前，还包括研磨
。
[0018]优选地，步骤
S1
中，所述研磨包括球磨
。
[0019]优选地，步骤
S1
中，所述研磨的转速为
100
～
800rmp
，所述研磨的时间为1～
3h。
[0020]进一步地，步骤
S1
中，所述预处理包括：在惰性气氛下，升温至
280
～
410℃
保温处理
0.5
～
4h
后，冷却
。
[0021]优选地，步骤
S1
中，所述升温的速率为1～
10℃/min。
[0022]进一步地，步骤
S2
中，所述造孔剂包括
KOH、NaOH、C2H5ONa
和
C2H5OK
中的至少一种
。
[0023]优选地，步骤
S2
中，所述硬碳前驱体和所述造孔剂的质量比为
(3
～
8)
：
1。
[0024]进一步地，步骤
S2
中，所述高温碳化处理前，还包括研磨
。
[0025]优选地，步骤
S2
中，所述研磨包括球磨
。
[0026]优选地，步骤
S2
中，所述研磨的转速为
200
～
1500rmp
，所述研磨的时间为1～
3h。
[0027]进一步地，步骤
S2
中，所述高温碳化包括：在惰性气氛下，升温至
1300
～
1600℃
保温处理2～
12h。
[0028]优选地，步骤
S2
中，所述升温的速率为3～
15℃/min。
[0029]本专利技术还提供了一种硬碳材料，采用如上所述的硬碳材料的制备方法制得
。
[0030]本专利技术还提供了一种负极极片，包括如上所述的硬碳材料
。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0032]本专利技术以萜烯树脂为骨架，复合氧化石墨烯，在交联剂和造孔剂的作用下，可以得到孔径和孔容可调控的高性能的硬碳材料；以萜烯树脂为原料，价钱低廉，可大幅度降低生产成本；制得的硬碳材料具有优异的首效性能
、
容量性能和容量保持率；将本专利技术的硬碳材料作为钠离子电池的负极材料，可进一步降低电池的生产成本，赋予电池优异的倍率性能和循环性能
。
具体实施方式
[0033]下面将结合具体实施方式对本专利技术的技术方案进行清楚
、
完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围
。
基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种硬碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、
萜烯树脂
、
氧化石墨烯和交联剂的混合物进行预处理后得到硬碳前驱体；
S2、
所述硬碳前驱体和造孔剂的混合物进行高温碳化处理，得到所述硬碳材料
。2.
根据权利要求1所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，步骤
S1
中，所述萜烯树脂的软化点为
50
～
140℃
，残炭率为5％～
12
％；优选地，所述氧化石墨烯的层数为1～5层，片径
<20
μ
m
，氧含量
<30wt
％，
I
D
/I
G
>0.8
；优选地，所述交联剂包括磷酸二氢铵
、
五氧化二磷
、
多巴胺
、
硫脲和马来酸酐中的至少一种
。3.
根据权利要求1所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，步骤
S1
中，所述萜烯树脂
、
所述氧化石墨烯和所述交联剂的质量比为
(2
～
6)
：
(0.5
～
1.5)
：
(0.5
～
1.5)。4.
根据权利要求1所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，步骤
S1
中，所述预处理前，还包括研磨；优选地，所述研磨包括球磨；优选地，所述研磨的转速为
100
～

【专利技术属性】
技术研发人员：郑军华，马勇，胡涛，王宁，李云明，苗力孝，高飞，张放南，杨红新，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：