【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钠离子电池电极负极材料，涉及一种球磨改性硬碳材料的方法及其在钠离子电池负极中的应用。
技术介绍
1、在全球能源和环境问题日益突出的背景下，清洁能源和可持续能源的发展受到了世界各国的广泛关注。随着可再生能源及相关大规模储能系统替代传统化石燃料的需求持续增加，电池技术和应用得到了快速发展。特别是，具有高能量和功率密度、高电压、长寿命和无污染操作选项的锂离子电池迅速主导了市场，广泛应用于便携式电子设备、混合动力汽车和电动汽车。然而，锂资源的迅速枯竭迫使我们寻找其他替代金属作为下一代的储能资源，特别是面对大规模的储能系统。钠离子电池具有功率特性更好、温度范围适应性宽、安全性能优良等优点，并且钠离子具有与锂离子相似的物理化学性质和更高的地壳储量，因此钠离子电池有望成为锂离子电池的替代品。
2、碳质负极由于具有耐电解质腐蚀、高电导率、高比表面积等优异的物理化学特性，无疑是目前研究最多的负极材料之一。使用各种前驱体制备硬碳已被报道具有优异的钠离子可逆存储容量和稳定的循环性能。硬碳主要是通过吸附-嵌入和纳米孔填充进行储钠的，吸附储钠对应于充放电曲线的斜坡区，为高电压区，通常大于0.2v，而嵌入和纳米孔填充储钠为低电压平台区，低于0.2v，可见合适的层间距和纳米孔结构是保证低电压平台容量的关键。碳化温度和碳化强度是调控碳材料的层间距和纳米孔的主要手段，但是碳化过程往往很难控制。
技术实现思路
1、针对硬碳材料孔隙结构不易调控的问题，本专利技术提出通过球磨的方式改性硬碳材料，
2、本专利技术提供了一种球磨改性硬碳材料的方法及其在钠离子电池负极中的应用，以硬碳为原料，通过调整球料比及球磨强度调控孔隙结构，获得不同平台容量占比(0.2v以下容量)的钠离子电池用硬碳负极。本专利技术提出的硬碳改性方法有助于推动硬碳在钠离子电池中的商业应用。
3、本专利技术提供了以下技术方案：
4、一种球磨改性硬碳材料的方法，将硬碳进行球磨获得，球料质量比为(5-1):1，球磨时间为5-60min；球磨转速为2000-5000r/min。
5、进一步地，所述球料质量比为(3.5-1.5):1，球磨时间为6-40min；球磨转速为2800-3500r/min。
6、进一步地，采用湿法球磨硬碳，即在球磨过程中加入甲醇、乙醇、乙二醇或丙三醇，小分子醇类可以在高能球磨下具有插层作用，扩大表面层间距，改善硬碳的低电压插层容量。
7、进一步地，所述硬碳为沥青硬碳、生物质硬碳和树脂基硬碳的一种。
8、进一步地，所述的沥青硬碳的制备是以煤沥青、石油沥青、天然沥青或预氧化沥青为原料制备的硬碳。
9、进一步地，所述的生物质硬碳的制备是以纤维素类生物质为原料碳化得到的硬碳。
10、进一步地，沥青硬碳的制备方法包括将沥青与导电炭混合，经高温炭化得到。
11、进一步地，所述导电碳为科琴黑、super-p、乙炔黑、卡博特、碳纳米管、石墨烯和导电石墨中的一种或几种。
12、进一步地，沥青与导电碳的质量比为1:(0.05-0.3)。
13、进一步地，碳化温度为700-1800℃。
14、本专利技术还提供一种上述方法制备的硬碳材料在钠离子电池负极中的应用。所述沥青基硬碳作为钠离子电池负极，低电位平台容量占比为10％-60％。
15、本专利技术的有益效果是通过简单球磨改性制备出不同低电位平台占比的硬碳。应用于钠离子电池负极时，具有理想的低电位平台容量。
16、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
17、(1)合适的孔隙结构
18、可以通过不同球料比、球磨时间以及转速调整硬碳的孔隙结构，有利于钠离子的嵌入/脱出。
19、(2)低电位平台占比可调节
20、通过不同球料比、球磨时间以及转速调节对硬碳进行研磨，应用于钠离子电池负极时可以调节硬碳的低电位平台容量占比，有利于促进和实现硬碳在钠离子电池中的商业应用。
21、(3)工艺简单，可工业化生产
22、本专利技术提出的球磨操作简单，具有实现批量生产的潜力。
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1.一种球磨改性硬碳材料的方法，其特征在于：将硬碳进行球磨获得，球料质量比为(5-1):1，球磨时间为5-60min，球磨转速为2000-5000r/min。
2.如权利要求1所述的一种球磨改性硬碳材料的方法，其特征在于：所述球料质量比为(3.5-1.5):1，球磨时间为6-40min；球磨转速为2800-3500r/min。
3.如权利要求1所述的一种球磨改性硬碳材料的方法，其特征在于：采用湿法球磨硬碳，即在球磨过程中加入甲醇、乙醇、乙二醇或丙三醇。
4.如权利要求1所述的一种球磨改性硬碳材料的方法，其特征在于：所述硬碳为沥青硬碳、生物质硬碳和树脂基硬碳的一种。
5.如权利要求4所述的一种球磨改性硬碳材料的方法，其特征在于：所述沥青硬碳的制备方法包括将沥青与导电碳混合，经高温炭化得到。
6.如权利要求5所述的一种球磨改性硬碳材料的方法，其特征在于：所述导电碳为科琴黑、Super-P、乙炔黑、卡博特、碳纳米管、石墨烯和导电石墨中的一种或几种。
7.如权利要求5所述的一种球磨改性硬碳材料的方法，其特征在于：沥青
8.如权利要求5所述的一种球磨改性硬碳材料的方法，其特征在于：碳化温度为700-1800℃。
9.一种权利要求1所述方法制备的硬碳材料在钠离子电池负极中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种球磨改性硬碳材料的方法，其特征在于：将硬碳进行球磨获得，球料质量比为(5-1):1，球磨时间为5-60min，球磨转速为2000-5000r/min。
2.如权利要求1所述的一种球磨改性硬碳材料的方法，其特征在于：所述球料质量比为(3.5-1.5):1，球磨时间为6-40min；球磨转速为2800-3500r/min。
3.如权利要求1所述的一种球磨改性硬碳材料的方法，其特征在于：采用湿法球磨硬碳，即在球磨过程中加入甲醇、乙醇、乙二醇或丙三醇。
4.如权利要求1所述的一种球磨改性硬碳材料的方法，其特征在于：所述硬碳为沥青硬碳、生物质硬碳和树脂基硬碳的一种。
【专利技术属性】
技术研发人员：孙蔷，孙臣，杜文胜，王玉婷，吴珺阳，张苗钰，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：
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