硬碳材料的制备方法技术

本申请实施例提供了一种硬碳材料的制备方法

【技术实现步骤摘要】
硬碳材料的制备方法、负极材料、负极和钠离子电池


[0001]本申请涉及钠离子电池
，具体涉及一种硬碳材料的制备方法
、
负极材料
、
负极和钠离子电池
。

技术介绍

[0002]锂离子电池已广泛应用于便携式电子产品
、
动力汽车和规模储能等领域，随着行业的发展，对锂的需求变大；然而，锂资源匮乏和分布不均所导致的锂矿价格过高，严重限制了其发展，不能满足储能电池的日益发展
。
[0003]与锂离子电池相比，钠离子电池凭借钠储量大
、
成本低等优点，在众多体系中是最具有发展前景的替代技术，成为规模储能领域的一个强有力的候选者
。
钠离子电池与锂离子电池工作原理相似，开发难度较低，目前已效仿锂离子正极材料成功研发出性能优异的正极材料，但是传统的负极材料石墨和硅碳被发现难以进行储钠，不能作为钠离子电池的负极材料使用
。
硬碳材料具有高度无序的结构和丰富的微孔结构，为钠离子提供了大量的活性位；同时较大的层间距也利于钠离子的传输
。
[0004]目前大量的研究者选用价格昂贵的树脂基材料作为前驱体，不利于商业化的发展
。
选用生物质作为前驱体来源广泛
、
价格低廉，但目前材料的处理方式较为繁琐，产品的一致性难以保证，增加了大规模生产的难度和成本，同时倍率性能和循环性能较差，因此急需开发成本低廉
、
高效方便
、
电化学性能优异的硬碳材料和高效的制备工艺
。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请提供一种硬碳材料的制备方法
、
负极材料
、
负极和钠离子电池，以利于解决现有技术中钠离子电池负极材料存在的问题
。
[0006]第一方面，本申请实施例提供了一种硬碳材料的制备方法，包括：
[0007]以桑树枝为前驱体制备桑树枝衍生硬碳材料
。
[0008]在一种可能的实现方式中，所述以桑树枝为前驱体制备桑树枝衍生硬碳材料，包括：
[0009]在保护气体下，对前驱体粉末进行高温碳化处理，得到初步碳化粉末，所述前驱体粉末为桑树枝粉末；
[0010]将初步碳化粉末加入到盐酸溶液中进行加热搅拌处理，洗涤
、
干燥得到桑树枝衍生硬碳材料
。
[0011]在一种可能的实现方式中，在所述在保护气体下，对所得前驱体粉末进行高温碳化处理，得到初步碳化粉末，所述前驱体粉末为桑树枝粉末之前，所述方法还包括：
[0012]将桑树枝剥皮剪成段后进行清洗
、
烘干
、
球磨得到所述前驱体粉末
。
[0013]在一种可能的实现方式中，所述烘干的温度为
100
‑
140℃
，烘干的时间为
12
‑
24h。
[0014]在一种可能的实现方式中，所述球磨的转速为
400
‑
480r/min
，球磨的时间为1‑
4h。
[0015]在一种可能的实现方式中，所述保护气体为氩气和
/
或氮气，所述保护气体的流速
为
40
‑
60mL/min。
[0016]在一种可能的实现方式中，所述高温碳化处理的温度为
1000
‑
1400℃
，时间为2‑
5h
，升温速率为3‑
5℃/min
，自然降至室温
。
[0017]第二方面，本申请实施例提供了一种钠离子电池负极材料，包括：
[0018]采用第一方面任一项所述的方法制备的桑树枝衍生硬碳材料
。
[0019]第三方面，本申请实施例提供了一种钠离子电池负极，包括：
[0020]载体，所述载体为片状；
[0021]涂覆层，所述涂覆层均匀涂覆在所述载体上，所述涂覆层包括导电剂
、
粘结剂和第二方面所述的钠离子电池负极材料
。
[0022]第四方面，本申请实施例提供了一种钠离子电池，包括第三方面所述的钠离子电池负极
。
[0023]在本申请实施例中，硬碳材料的原料来源广，廉价易得，制备工艺简单
、
对环境友好，能够适用于大规模生产
。
另外，以桑树枝为前躯体制备的硬碳材料含有丰富的氮
、
磷元素，提高了材料的导电性，为钠离子存储提供了丰富的活性位点，作为钠离子电池负极，具有优异的倍率性能和循环稳定性，应用前景广阔
。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图
。
[0025]图1为本申请实施例提供的一种硬碳材料的制备方法的流程示意图；
[0026]图2为本申请实施例制备的桑树枝衍生硬碳材料的
SEM
图谱；
[0027]图3为本申请实施例制备的桑树枝衍生硬碳材料的
XPS
图谱；
[0028]图4为本申请实施例提供的一种桑树枝衍生硬碳材料的倍率性能图；
[0029]图5为本申请实施例提供的一种桑树枝衍生硬碳材料的循环性能图
。
具体实施方式
[0030]为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述
。
[0031]应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例
。
基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围
。
[0032]在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请
。
在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义
。
[0033]应当理解，本文中使用的术语“和
/
或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，甲和
/
或乙，可以表示：单独存在甲，同时存在甲和乙，单独存在乙这三种情况
。
另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系
。
[0034]桑树枝作为硬碳材料的前驱体，当被碳化后，继承了树枝的棒状结构，最初用于运输水分和营养物质的通道和孔隙，形成一个传输网络，允许电解质进入，并在由此产生的硬碳中提供更多的钠离子途径和存储位置；另外桑树枝本身含本文档来自技高网...

【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：以桑树枝为前驱体制备桑树枝衍生硬碳材料
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以桑树枝为前驱体制备桑树枝衍生硬碳材料，包括：在保护气体下，对前驱体粉末进行高温碳化处理，得到初步碳化粉末，所述前驱体粉末为桑树枝粉末；将初步碳化粉末加入到盐酸溶液中进行加热搅拌处理，洗涤
、
干燥得到桑树枝衍生硬碳材料
。3.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述在保护气体下，对所得前驱体粉末进行高温碳化处理，得到初步碳化粉末，所述前驱体粉末为桑树枝粉末之前，所述方法还包括：将桑树枝剥皮剪成段后进行清洗
、
烘干
、
球磨得到所述前驱体粉末
。4.
根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述烘干的温度为
100
‑
140℃
，烘干的时间为
12
‑
24h。5.
根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述球磨的转速为
400

【专利技术属性】
技术研发人员：申来法，王科峰，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：