碳颗粒材料及其制备方法技术

本申请涉及钠离子电池技术领域，特别是涉及一种碳颗粒材料及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
碳颗粒材料及其制备方法、应用


[0001]本申请涉及钠离子电池
，特别是涉及一种碳颗粒材料及其制备方法
、
应用
。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其能量密度高
、
循环寿命长和自放电效应小等优势，在电化学储能领域获得了极大地关注，现已广泛用于二轮电动车
、
四轮汽车
、
户外电源以及储能电站等领域
。
但是，锂资源储量匮乏且分布不均匀，导致碳酸锂价格一路飙升，电芯价格不断上涨
。
[0003]钠元素作为地壳中第六丰富的元素，其储量是锂元素的
400
多倍，且分布更均匀
。
而且钠离子电池因其理论价格更低的优势，在学术界以及产业界获得了广泛的研究，目前已有相应的钠离子电池产品
。
[0004]其中，负极材料是影响钠离子电池性能的主要因素之一
。
传统用作钠离子电池负极的碳材料存在一系列的缺陷，比如，石墨负极材料无法与钠形成稳定的
NaC6化合物，导致石墨颗粒材料无法提供足够的容量；硬碳颗粒材料具有无序的微晶结构，其电导率远小于石墨，电子传输速率慢
。
而且无序的微晶结构增加了钠离子的传输阻力，导致钠离子从表面传输到硬碳内部需要很长的时间，无法满足大倍率的需求，从而发生析钠
。
析出的钠在循环过程中又不断的溶解
‑
析出，消耗大量的电解液用于成膜，导致钠离子电池的循环寿命差且产气严重/>。
此外，枝晶状的钠有刺穿隔膜导致电池短路的风险；而多孔碳材料的比表面积过大，其压实密度较低，导致钠离子电池的效率等性能的下降
。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要提供一种能够确保压实密度，同时可以缩短钠离子传输距离的碳颗粒材料及其制备方法
、
应用
。
[0006]第一方面，本申请提供一种碳颗粒材料，所述碳颗粒材料具有单孔道结构，所述孔道贯通于所述碳颗粒材料的表面和内部
。
[0007]在一些实施方式中，所述碳颗粒材料满足以下特征中的至少一项：
[0008]1)
所述孔道沿所述碳颗粒材料的中心线贯通；
[0009]2)
所述孔道的孔径为
0.1
μ
m
～1μ
m
；
[0010]3)
所述碳颗粒材料为一次颗粒，所述碳颗粒材料的粒径为3μ
m
～
30
μ
m
；
[0011]4)
所述碳颗粒材料包括硬碳颗粒材料
、
软碳颗粒材料或石墨颗粒材料
。
[0012]第二方面，本申请提供一种如第一方面所述的碳颗粒材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013]制备前驱体粉末，所述前驱体粉末包括碳源和纳米线；
[0014]在含氧气体气氛下，对所述前驱体粉末进行预氧化处理，制备预氧化前驱体粉末；
[0015]刻蚀去除所述预氧化前驱体粉末中的纳米线；
[0016]在惰性气体气氛下，对刻蚀后的所述预氧化前驱体粉末进行碳化处理
。
[0017]在一些实施方式中，所述制备方法满足以下特征中的至少一项：
[0018]1)
所述碳源包括多糖
、
木质素及其衍生物
、
纤维素及其衍生物及合成高分子碳源中的一种或多种；
[0019]2)
所述纳米线包括金属纳米线
、
半导体纳米线及绝缘体纳米线中的一种或多种
。
[0020]在一些实施方式中，所述碳源与所述纳米线的质量比为
(10
～
100)
：
1。
[0021]在一些实施方式中，所述制备方法满足以下特征中的至少一项：
[0022]1)
所述预氧化处理的温度为
200℃
～
400℃
，升温速率为
1℃/min
～
5℃/min
，时间为
1h
～
5h
；
[0023]2)
所述碳化处理的温度为
1200℃
～
1600℃
，升温速率为
1℃/min
～
5℃/min
，时间为
1h
～
5h。
[0024]在一些实施方式中，所述制备前驱体粉末的步骤包括：
[0025]将所述碳源和所述纳米线溶于溶剂中，形成前驱体溶液，干燥；
[0026]可选地，所述溶剂包括水
、
醇类溶剂及酮类溶剂中的一种或多种
。
[0027]在一些实施方式中，所述刻蚀去除所述预氧化前驱体中的纳米线的步骤包括：
[0028]将所述预氧化前驱体粉末置于无机酸中，并
60℃
～
80℃
搅拌
0.5h
～
1h
；
[0029]可选地，所述无机酸包括硫酸
、
硝酸及盐酸中的一种或多种；
[0030]可选地，所述无机酸的浓度为
0.1mol/L
～
10mol/L。
[0031]第三方面，本申请提供一种负极，包括负极集流体及形成于所述负极集流体表面的负极活性材料层，所述负极活性材料层包括第一方面所述的碳颗粒材料
。
[0032]第四方面，本申请提供一种钠离子电池，包括第三方面所述的负极
。
[0033]本申请提供的碳颗粒材料具有一条贯通的孔道，有利于电解液的浸润，可以缩短钠离子在碳颗粒材料内部的传输距离，提高碳颗粒材料在电池中的倍率性能；同时，孔道结构可以为电解液提供储存空间，从而可以提高以碳颗粒材料制得的负极的保液能力
。
而且由于碳颗粒材料仅有一条通道，因此不会明显增加比表面积和降低压实密度，从而能够保证碳颗粒材料在电池中的首次效率
。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
。
[0035]图1为一实施方式的硬碳颗粒材料的制备方法的示意图；
[0036]图2为实施例1制得的单孔道硬碳颗粒材料的结构示意图；
[0037]图3为钠离子在实施例1制得的单孔道硬碳颗粒材料中的传输距离示意图；
[0038]图4为钠离子在对比例1制得的无孔道硬碳颗粒材料中的传输距离示意图
。
具体实施方式
[0039]为了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种碳颗粒材料，其特征在于，所述碳颗粒材料具有单孔道结构，所述孔道贯通于所述碳颗粒材料的表面和内部
。2.
如权利要求1所述的碳颗粒材料，其特征在于，满足以下特征中的至少一项：
1)
所述孔道沿所述碳颗粒材料的中心线贯通；
2)
所述孔道的孔径为
0.1
μ
m
～1μ
m
；
3)
所述碳颗粒材料为一次颗粒，所述碳颗粒材料的粒径为3μ
m
～
30
μ
m
；
4)
所述碳颗粒材料包括硬碳颗粒材料
、
软碳颗粒材料或石墨颗粒材料
。3.
一种如权利要求1或2所述的碳颗粒材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备前驱体粉末，所述前驱体粉末包括碳源和纳米线；在含氧气体气氛下，对所述前驱体粉末进行预氧化处理，制备预氧化前驱体粉末；刻蚀去除所述预氧化前驱体粉末中的纳米线；在惰性气体气氛下，对刻蚀后的所述预氧化前驱体粉末进行碳化处理
。4.
如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，满足以下特征中的至少一项：
1)
所述碳源包括多糖
、
木质素及其衍生物
、
纤维素及其衍生物及合成高分子碳源中的一种或多种；
2)
所述纳米线包括金属纳米线
、
半导体纳米线及绝缘体纳米线中的一种或多种
。5.
如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述碳源与所述纳米线的质量比为
(10
～
100)
：
1。6.<...

【专利技术属性】
技术研发人员：高纪凡，吴秋杰，卢林，蒋治亿，
申请(专利权)人：江苏天合储能有限公司，
类型：发明
国别省市：