一种煤基碳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，具体涉及一种煤基碳材料及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
一种煤基碳材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于钠离子电池
，具体涉及一种煤基碳材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]钠离子电池作为一种新型二次电池，具有成本低廉
、
资源丰富
、
性价比高以及安全性好等优点，在中低速电动车及大规模储能领域具有广泛的应用
。
目前，为了进一步提高钠离子电池的性能表现，需要提高钠离子电池中电极材料的储钠性能
。
然而，由于钠离子半径较大，导致钠离子难以在传统的石墨负极材料中发生脱嵌反应，因而需要研发新型的钠离子电池负极材料
。
[0003]目前，无定型碳材料作为一种理想的钠离子电池负极材料，其结构稳定，储钠性能优异
。
煤作为一种高含碳量的有机质，其种类繁多
、
储量丰富，根据煤化程度不同可分为无烟煤
、
烟煤
、
褐煤等
。
胡勇胜等人
(Li Y,HuY S,Qi X,et al.Advanced sodium
‑
ion batteries using superior low cost pyrolyzed anthracite anode:towards practical applications[J].Energy Storage Materials,2016.)
公开了通过直接热解无烟煤制备无定型碳材料的制备方法，但所得到的无定型碳材料由于其微晶层间距小，石墨微晶有序程度较高，导致其储钠容量较低
(
容量为
220mAh
·
g
‑1)。
[0004]公开号为
CN114335522A
的中国专利采用含硫试剂等氧化性试剂对煤基材料进行氧化处理，再进行高温碳化处理，制得煤基碳负极材料
。
然而通过强氧化性试剂进行预氧化处理会引入过量的氧元素，导致煤的碳化产率明显降低，且得到的负极材料的储钠比容量为
280mAh
·
g
‑1，依然存在容量较低的缺陷
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种煤基碳材料及其制备方法和应用，本专利技术提供的方法具有较高的碳化产率，且得到的煤基碳材料具有更高的储钠容量以及更好的首次库伦效率
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种煤基碳材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将煤和无机盐混合，在含氧气氛中球磨后，去除混合物中的无机盐，得到煤基前驱体；
[0009]将所述煤基前驱体进行碳化，得到所述煤基碳材料
。
[0010]优选的，所述煤包括无烟煤
、
烟煤
、
亚烟煤和褐煤中的一种或几种
。
[0011]优选的，所述无机盐包括水溶性无机盐
。
[0012]优选的，所述煤和无机盐的质量比为1～
10
：1～
10。
[0013]优选的，所述含氧气气氛中氧气的体积分数为
10
～
30
％
。
[0014]优选的，所述球磨的转速为
400
～
1000rpm
，时间为
12
～
48h。
[0015]优选的，所述碳化在保护气氛中进行
。
[0016]优选的，所述碳化的温度为
800
～
1400℃
，升温至所述碳化时间的升温速率为
0.5
～
10℃/min
，保温时间为
0.5
～
5h。
[0017]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的煤基碳材料，所述煤基碳材料的层间距为
0.370
～
0.376nm。
[0018]本专利技术还提供了上述技术方案所述的煤基碳材料作为钠离子电池负极材料中的应用
。
[0019]本专利技术提供了一种煤基碳材料的制备方法，包括以下步骤：将煤和无机盐混合，在含氧气氛中球磨后，去除混合物中的无机盐，得到煤基前驱体；将所述煤基前驱体进行碳化，得到所述煤基碳材料
。
本专利技术通过在球磨的过程中添加无机盐，能够有效防止煤在球磨过程中发生团聚，进一步提高煤和氧气的接触效率，可以有效破坏煤的大分子芳香骨架结构，并降低其交联密度，减少脂肪侧链结构和杂环结构；此外，由于在含氧气氛下球磨引入了部分含氧官能团，在碳化过程中填补了缺陷，减少了碳材料的比表面积；在除去无机盐后通过后续的碳化，能够得到高碳化产率
、
层间距大
、
无定型度高的煤基碳材料
。
将本专利技术提供的煤基碳材料应用于钠离子电池负极材料，所得到的电池具有更高的储钠容量以及更好的首次库伦效率
。
附图说明
[0020]图1为实施例1得到的煤基碳材料的
SEM
图；
[0021]图2为实施例1得到的煤基碳材料的
XRD
图；
[0022]图3为对比例1得到的煤基碳材料的
XRD
图；
[0023]图4为实施例1得到的煤基碳材料的
HRTEM
图；
[0024]图5为对比例1得到的煤基碳材料的
HRTEM
图；
[0025]图6为以实施例1得到的煤基碳材料为电极料制备得到的钠离子电池的充放电曲线图；
[0026]图7为以实施例2得到的煤基碳材料为电极材料制备得到的钠离子电池的充放电曲线图；
[0027]图8为以实施例3得到的煤基碳材料为电极材料制备得到的钠离子电池的充放电曲线图；
[0028]图9为以实施例4得到的煤基碳材料为电极材料制备得到的钠离子电池的充放电曲线图；
[0029]图
10
为以对比例1得到的煤基碳材料为电极材料制备得到的钠离子电池的充放电曲线图；
[0030]图
11
为以对比例2得到的煤基碳材料为电极材料制备得到的钠离子电池的充放电曲线图；
[0031]图
12
为以实施例1得到的煤基碳材料为电极材料制备得到的钠离子电池的循环性能图
。
具体实施方式
[0032]本专利技术提供了一种煤基碳材料的制备方法，包括以下步骤：
[0033]将煤和无机盐混合，在含氧气氛中球磨后，去除混合物中的无机盐，得到煤基前驱体；
[0034]将所述煤基前驱体进行碳化，得到所述煤基碳材料
。
[0035]在本专利技术中，若无特殊说明，所有原料均为本领域技术人员熟知的市售产品
。
[0036]本专利技术将煤和无机盐混合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种煤基碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将煤和无机盐混合，在含氧气氛中球磨后，去除混合物中的无机盐，得到煤基前驱体；将所述煤基前驱体进行碳化，得到所述煤基碳材料
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述煤包括无烟煤
、
烟煤
、
亚烟煤和褐煤中的一种或几种
。3.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机盐包括水溶性无机盐
。4.
根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述煤和无机盐的质量比为1～
10
：1～
10。5.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含氧气氛中氧气的体积分数为
10
～
30
％
。6.
根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐斌，陈赫，孙宁，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：