杂原子掺杂多孔硬碳的复合负极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及二次电池材料领域，尤其涉及杂原子掺杂多孔硬碳的复合负极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括如下步骤：

【技术实现步骤摘要】
杂原子掺杂多孔硬碳的复合负极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及二次电池材料领域，尤其涉及杂原子掺杂多孔硬碳的复合负极材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]硬碳以其较高的无序度
、
大的层间距以及丰富的储钠纳米孔而被认为是最具有商业化前景的钠离子电池负极材料，然而硬碳中沿碳边或碳层生长的含氧官能团等其它缺陷造成极大的不可逆俘获钠离子，其硬碳的首次效率偏低，高温存储性能较差
。
现有技术中提升硬碳首次效率的方法很多，比如无定形碳包覆减少材料表面的缺陷，氮磷硼等原子掺杂提升材料的活性点提升材料的储钠性能，选取各项同性好的碳基原料，比如树脂
、
淀粉等高分子材料，提升材料的比容量和压实密度，但是上述方法对提升材料的首次效率有限，并不能从根本上改善材料的首次效率
。
[0003]专利申请号
CN201910039808.3
公开了一种硬碳复合材料及其制备方法，其制备方法为：以酚醛树脂为碳源，与双氧水和氧化石墨烯混合，经水热反应和冷冻干燥，得到具有多孔的硬碳前驱体；然后在硬碳前驱体的多孔结构中掺杂钴源和硼酸，提高材料的比容量和导电性；同时通过气相沉积法在掺杂硬碳材料表面进行改性，降低材料的缺陷度制备出硬碳复合材料，但是其首次效率偏低，且在其表面沉积无定形碳会降低材料的动力学性能，降低充电倍率
。

技术实现思路

[0004]为提升现有硬碳较低的首次库伦效率和倍率性能偏差等问题，本专利技术的第一个方面提供了杂原子掺杂多孔硬碳的复合负极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0005]S1.
将钝化金属钠添加到萘溶液中分散均匀，得到金属钠溶液；
[0006]S2.
将多孔硬碳添加到金属钠溶液中真空浸泡，干燥后得到钠掺杂硬碳前驱体材料；
[0007]S3.
将钠掺杂硬碳前驱体材料转移到管式炉中，通入杂原子混合气体，得到杂原子掺杂多孔硬碳的复合负极材料
。
[0008]在一些实施方式中，所述钝化金属钠和萘溶液的质量比为
(1
‑
10)
：
100。
[0009]进一步地，所述钝化金属钠来自洛阳万基金属钠有限公司
。
[0010]将金属钠配置成溶液，并对其硬碳进行补钠形成
Na6C
，提升首次效率
。
[0011]在一些实施方式中，所述多孔硬碳和钝化金属钠的质量比为
100
：
(1
‑
10)。
[0012]掺杂金属钠主要是与碳形成
Na6C
，提升首次效率，如果钝化金属钠含量太高，造成材料的析钠，如果含量太低，提升材料的首次效率有限
。
[0013]在一些实施方式中，所述多孔硬碳的制备方法包括：将预处理木质素在惰性气体气氛下
1000
‑
1200℃
煅烧，去除杂质后洗涤
、
干燥，得到多孔硬碳
。
[0014]在一些实施方式中，所述预处理木质素的方法包括：将木质素与碳酸钾溶液混合
[0029]本实施例提供了一种杂原子掺杂多孔硬碳的复合负极材料，制备方法包括如下步骤：
[0030]S1.
将
5g
钝化金属钠添加到
100g
萘溶液
(10wt
％，乙醇为溶剂
)
中分散均匀，得到金属钠溶液；
[0031]S2.
在露点为
‑
80℃
，将
100g
多孔硬碳添加到金属钠溶液中，在真空度为
‑
0.09Mpa
条件下真空浸泡
24h
，过滤，
80℃
真空干燥
24h
，得到钠掺杂硬碳前驱体材料；
[0032]S3.
将钠掺杂硬碳前驱体材料转移到管式炉中，通入杂原子混合气体
(
体积比，氨气：甲烷＝3：
10)
，加热到
800℃
，流量为
300mL/min
，通入时间为
120min
，在其表面沉积杂原子和无定形碳，得到杂原子掺杂多孔硬碳的复合负极材料
。
[0033]实施例2[0034]本实施例提供了一种杂原子掺杂多孔硬碳的复合负极材料，制备方法包括如下步骤：
[0035]S1.
将
1g
钝化金属钠添加到
100g
萘溶液
(10wt
％，乙醇为溶剂
)
中分散均匀，得到金属钠溶液；
[0036]S2.
在露点为
‑
80℃
，将
100g
多孔硬碳添加到金属钠溶液中，在真空度为
‑
0.09Mpa
条件下真空浸泡
12h
，过滤，
80℃
真空干燥
24h
，得到钠掺杂硬碳前驱体材料；
[0037]S3.
将钠掺杂硬碳前驱体材料转移到管式炉中，通入杂原子混合气体
(
体积比，磷化氢：乙炔＝1：
10)
，加热到
700℃
，流量为
100mL/min
，通入时间为
300min
，在其表面沉积杂原子和无定形碳，得到杂原子掺杂多孔硬碳的复合负极材料
。
[0038]实施例3[0039]本实施例提供了一种杂原子掺杂多孔硬碳的复合负极材料，制备方法包括如下步骤：
[0040]S1.
将
10g
钝化金属钠添加到
100g
萘溶液
(10wt
％，乙醇为溶剂
)
中分散均匀，得到金属钠溶液；
[0041]S2.
在露点为
‑
80℃
，将
100g
多孔硬碳添加到金属钠溶液中，在真空度为
‑
0.09Mpa
条件下真空浸泡
36h
，过滤，
80℃
真空干燥
24h
，得到钠掺杂硬碳前驱体材料；
[0042]S3.
将钠掺杂硬碳前驱体材料转移到管式炉中，通入杂原子混合气体
(
体积比，硼烷：乙烯＝5：
10)
，加热到
900℃
，流量为
500mL/min
，通入时间为
60min
，在其表面沉积杂原子和无定形碳，得到杂原子掺杂多孔硬碳的复合负极材料
。
[0043]对比例1[0044]本对比例一种杂原子掺杂多孔硬碳的复合负极材料，具体实施方式同实施例3，不同之处在于，制备方法包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
杂原子掺杂多孔硬碳的复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
S1.
将钝化金属钠添加到萘溶液中分散均匀，得到金属钠溶液；
S2.
将多孔硬碳添加到金属钠溶液中真空浸泡，干燥后得到钠掺杂硬碳前驱体材料；
S3.
将钠掺杂硬碳前驱体材料转移到管式炉中，通入杂原子混合气体，得到杂原子掺杂多孔硬碳的复合负极材料
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钝化金属钠和萘溶液的质量比为
(1
‑
10)
：
100。3.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多孔硬碳和钝化金属钠的质量比为
100
：
(1
‑
10)。4.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多孔硬碳的制备方法包括：将预处理木质素在惰性气体气氛下
1000
‑
1200℃
煅烧，去除杂质后洗涤
、
干燥，得到多孔硬碳
。5.
根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述预处理木质素的方法包括：将木质...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁金，
申请(专利权)人：常州烯源谷新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：