【技术实现步骤摘要】
本专利技术具体涉及一种硬炭材料的制备方法、负极片及钠离子电池。
技术介绍
1、锂离子电池因其具有优异的电化学性能快速实现了商业化，但由于锂资源有限且在世界范围内分布不均，以及锂盐价格受市场影响价格波动太大而在一定程度上会限制其发展。尤其锂资源在我国储存量少且需求量不断增加，亟需锂离子电池补充替代品的出现。钠和锂具有相似的物理化学性质，且钠地壳丰度比锂高四百多倍，分布广泛、价格低廉，因此钠离子电池成为锂离子电池最具有商业化前景的补充替代品。钠离子电池商业化的关键在于开发低成本、高性能的电极材料。目前，钠离子电池正极材料的研发相对成熟，其商业化进程受限于负极材料的缓慢发展。在众多的钠离子电池负极材料中，具有无序结构以及丰富来源的硬炭脱颖而出。
2、沥青基作为硬炭负极材料的原材料具有较高残碳率等优点，而目前沥青基硬炭材料的制备工艺一般是通过添加交联剂或氧化剂等方式来阻止高温过程其内部结构有序化的生成。但目前制备沥青基由于成本等因素添加剂的用量都是少量的，而相对大量沥青来说，添加剂对沥青起到的氧化交联程度是远远不够的，从而导致沥青基硬炭容量偏低，使得得到的沥青基更偏向软体有序结构，从而限制了沥青基硬炭材料的发展。另外，木质素作为硬炭负极材料前驱体之一，其作为丙烷单元通过碳-碳键和醚键连接而成的无定形聚合物，制备得到的硬炭材料具有孔隙结构丰富等特点，对电池容量提升有优势，但由于其表面具有丰富的含氧官能团，易造成电芯吸水以及消耗大量电解液从而导致首次库伦效率较低(一般在75～80％)等缺点。此外，木质素的高温碳化过程主要经过脱水
技术实现思路
1、本专利技术所解决的技术问题在于克服现有的沥青基硬炭制备方法制备的硬炭材料存在容量偏低及木质素制备硬炭材料存在收率低的问题，提供一种硬炭材料的制备方法、负极片及钠离子电池。本专利技术方法制备的硬炭材料具有较高的容量和收率。
2、本专利技术通过以下技术方案解决上述技术问题：
3、本专利技术提供了一种硬炭材料的制备方法，其包括以下步骤：
4、(1)将木质素溶液与沥青粉末混合，所述沥青与所述木质素的质量比为1：0.025～0.15，得到预处理前驱体；
5、(2)将所述预处理前驱体置于含氧气的反应气氛中，进行加热反应，所述加热反应温度能够使所述沥青脱氢，得到中间产物；
6、(3)对所述中间产物进行碳化处理，得到硬炭材料。
7、本专利技术中，所述木质素可为本领域常规的对羟苯基苯丙烷结构木质素、愈疮木基苯丙烷结构木质素或紫丁香基苯丙烷结构木质素；较佳地，所述木质素中酚羟基和醇羟基的分子质量占总分子质量的50～80％，例如70％。
8、本专利技术中，步骤(1)中，所述木质素溶液的制备包括：将木质素溶解于己内酯中，得到木质素溶液。
9、其中，所述木质素与所述己内酯的质量比较佳地为1：1。
10、其中，所述木质素与所述己内酯混合后，还可进行搅拌步骤。
11、其中，所述搅拌可采用本领域常规的搅拌设备，如搅拌机。
12、其中，所述搅拌的转速可为本领域常规的能够使木质素完全溶解于己内酯中，较佳地为50～500r/min，如200r/min。
13、其中，所述搅拌的时间可为本领域常规的能够使木质素完全溶解于己内酯中所采用的时间，较佳地为1～10h，例如2h。
14、本专利技术中，步骤(1)中，所述沥青可为本领域常规使用的沥青，较佳地为煤焦沥青、石油沥青和天然沥青中的一种或多种，且所述沥青的软化点为120℃～280℃。
15、本专利技术中，步骤(1)中，所述沥青与所述木质素的质量比较佳地为1：0.075。
16、本专利技术中，步骤(1)中，所述沥青粉末的d50粒径较佳地为3～20μm。
17、本专利技术中，步骤(1)中，所述木质素溶液与所述沥青粉末可采用本领域常规的机械混合方式进行混合。
18、其中，所述混合采用的设备可为本领域常规设备，比如高速混合机。
19、其中，所述混合的转速较佳地为500～3000r/min，例如2000r/min。
20、其中，所述混合的时间较佳地为10～60min，例如20min。
21、本专利技术中，步骤(2)中，所述含氧气的反应气氛可为本领域常规的能够使沥青进行脱氢反应的含有氧气的气氛，例如空气气氛或氧气气氛。
22、本专利技术中，步骤(2)中，所述含氧气的反应气氛的气体流量可根据所述预处理前驱体的质量确定，预处理前驱体的质量越大，气体流量就越大；较佳地，所述含氧气的反应气氛的气体流量与所述预处理前驱体的质量比为(0.5～2.5)m3/h：(1～20)kg。
23、本专利技术中，步骤(2)中，所述加热反应温度较佳地为280～380℃，比如360℃。
24、本专利技术中，步骤(2)中，所述加热反应中的升温速率较佳地为0.5～5℃/min，例如0.5℃/min。
25、本专利技术中，步骤(2)中，所述加热反应温度下的保温时间较佳地为1～4h，例如3h。
26、本专利技术中，步骤(2)中，所述加热反应过程采用的设备可为本领域常规的沥青脱氢反应设备，例如反应釜。
27、本专利技术中，步骤(2)中，所述加热反应过程中，还可包括搅拌步骤。
28、其中，所述搅拌的转速较佳地为30～200r/min，例如50r/min。
29、本专利技术中，步骤(3)中，对所述中间产物进行碳化处理前，还可包括粉碎的步骤。
30、其中，所述粉碎后的中间产物的粒径d50较佳地为3～10μm，例如5～6μm。
31、本专利技术中，步骤(3)中，所述碳化工艺可为本领域常规工艺。
32、其中，所述碳化的温度较佳地为1000～1500℃，例如1300℃。
33、其中，所述碳化处理的升温速率较佳地为1～10℃/min，例如5℃/min。
34、其中，所述碳化温度下的保温时间较佳地为2～6h，例如4h。
35、本专利技术中，步骤(3)中，所述碳化处理采用的设备可为本领域常规设备，如管式炉。
36、本专利技术中，步骤(3)中，对所述中间产物进行碳化处理后，还可包括筛分的步骤。
37、其中，所述筛分采用的筛网较佳地为200目。
38、本专利技术还提供了一种硬炭材料的制备方法制备的硬炭材料。
39、本专利技术中，所述硬炭材料的层间距较佳地为0.36～0.39nm，更佳地0.37～0.39nm，例如0.367nm、0.369nm、0.374nm、0.377nm、0.381nm或0.383nm。
40、本专利技术中，所述硬炭材料的比表面积较佳地为2.3～4.8m2/g，更佳地为2.4～4.7m2/g，例如2.42m2/g、2.72m2/g、2.92m2/g、3本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硬炭材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的硬炭材料的制备方法，其特征在于，所述木质素为对羟苯基苯丙烷结构木质素、愈疮木基苯丙烷结构木质素或紫丁香基苯丙烷结构木质素；较佳地，所述木质素中酚羟基和醇羟基的分子质量占总分子质量的50～80％；
3.如权利要求1所述的硬炭材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述沥青为煤焦沥青、石油沥青和天然沥青中的一种或多种，且所述沥青的软化点为120℃～280℃；
4.如权利要求1所述的硬炭材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述含氧气的反应气氛为空气气氛或氧气气氛；
5.如权利要求1所述的硬炭材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，对所述中间产物进行碳化处理前，还包括粉碎的步骤；所述粉碎后的中间产物的粒径D50较佳地为3～10μm；
6.如权利要求1所述的硬炭材料的制备方法，其特征在于，所述木质素为紫丁香基苯丙烷结构木质素；
7.权利要求1至6任一项所述的硬炭材料的制备方法制备的硬炭材料。
8.如权利要求7所述的硬炭
9.一种负极片，其特征在于，其包括权利要求8所述的硬炭材料；
10.一种钠离子电池，其特征在于，其包括权利要求9所述的负极片。
...【技术特征摘要】
1.一种硬炭材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的硬炭材料的制备方法，其特征在于，所述木质素为对羟苯基苯丙烷结构木质素、愈疮木基苯丙烷结构木质素或紫丁香基苯丙烷结构木质素；较佳地，所述木质素中酚羟基和醇羟基的分子质量占总分子质量的50～80％；
3.如权利要求1所述的硬炭材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述沥青为煤焦沥青、石油沥青和天然沥青中的一种或多种，且所述沥青的软化点为120℃～280℃；
4.如权利要求1所述的硬炭材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述含氧气的反应气氛为空气气氛或氧气气氛；
5.如权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：黎蓉蓉，张秀云，范拯华，胡国志，陈兵帅，
申请(专利权)人：宁波杉杉新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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