【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钠离子电池负极材料，尤其涉及硬炭材料的性能优化策略和固体电解质界面(sei)膜的稳定构建。
技术介绍
1、锂离子电池作为一种电化学储能装置，产业链和技术最为成熟，成本下降空间大，但随着锂离子电池的深入应用，锂资源有限、分布不均的问题逐渐凸显。而钠离子电池与锂离子电池在反应机理和电池结构上具有高度相似性，资源与成本要素、优异的倍率特性及高度可回收性使钠离子电池更适用于下一代规模化储能体系的建设。与传统储能体系相比，钠资源丰富、分布广泛，钠离子电池成本低廉，原料易得，环境友好，兼容锂离子电池现有生产设备，较好的功率特性，宽温度范围适应性，安全性好。对于场地和环境限制较小的大规模固定式储能设备，钠离子电池是较为理想的选择之一。
2、为提升储能器件的电化学性能，钠离子电池硬炭负极材料得到越来越多的关注和应用。目前，在硬炭材料的性能优化研究中，杂原子掺杂被广泛应用以增强钠离子和电子在硬炭材料内部的转移性能，以加速反应动力学。然而，现有对硬炭材料杂原子掺杂策略的研究主要集中在材料内在物理化学性质的变化上，对电极表面所形成的sei膜的调控关注较少。传统电池中，硬炭电极表面形成的sei膜具有重要的保护作用。然而，现有技术中sei膜的性能存在一些问题，如界面稳定性差，离子传输缓慢等。因此，需要一种可行的方法来实现对硬炭电极表面形成的sei膜进行调控，以提高电池性能和循环稳定性。
3、为了改善硬炭性能，一项荷叶热解制备的生物质硬炭方法被报道(参考文献wangp,qiao b,du y,et al.fluorin
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于氟原子掺杂策略的硬炭性能优化方法，旨在更有效地改变硬炭的电子结构，以改善硬炭材料本身的物理化学性质，并且能够进一步促进其表面均匀且富含无机物的sei膜的构建，从而优化硬炭材料在钠离子电池中的电化学性能。通过系统分析氟原子掺杂对硬炭材料物理化学性质的影响，并揭示了适量氟原子掺杂在构建稳定的sei膜方面的正面作用，具体而言，氟原子掺杂可导致硬炭材料表面形成富含naf的sei膜。富含naf的sei膜能够抑制固体电解质界面的不稳定性和电解液的过度还原反应，从而提高电池循环稳定性。实验证明了电极的电子结构与sei膜性质之间的关联，为掺杂优化策略提供了新的思路，同时也为设计具有低还原动力学的电解质的电极材料提供了新的设计理念。
2、本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：
3、(1)本专利技术选择具有最高电负性的氟元素作为掺杂源，可以更有效地改变硬炭电极的电子结构，进而改善硬炭材料本身的物理化学性质，以及其对电解液的还原能力，从而实现对sei膜的调控作用。
4、(2)本专利技术通过氟掺杂硬炭，改变了材料充放电过程中电极表面所衍生的sei膜的组成和力学性质，可以使其具有较高的机械稳定性和良好的离子传导性。
5、(3)本专利技术在预烧后对材料进行破碎研磨处理，可在一定程度上避免碳化过程中炭颗粒发生严重团聚，保持材料的分散性和均匀性。
6、具体方案如下：
7、一种基于氟原子掺杂策略的硬炭性能优化方法，包括以下步骤：
8、(1)s1前驱体交联处理：首先称取一定量的硬炭前驱体与交联剂以一定的质量比混合后移至球磨罐中，进行球磨至完全混合；
9、(2)s2低温预烧：将步骤(1)研磨所得的混合物于空气氛围下，以100～300℃低温预烧20～30小时，得到黑色块体；
10、(3)s3破碎、研磨：对步骤(2)得到的黑色块体进行破碎研磨至成为大小均匀，粒径分布在10～100微米的黑色粉末；
11、(4)s4高温碳化：将步骤(3)所得的黑色粉末进行高温碳化，升温至1000～1600℃，升温速率设为1～5℃/min，保温2～4小时，再以1～5℃/min降温至200℃，随炉膛冷却至室温后，取出得到掺杂前的纯硬炭样品。
12、(5)s5热处理氟化：将步骤(4)所得的纯硬炭样品与掺杂源按一定比例进行研磨混合，使其达到均匀混合状态后装入烧舟，移至管式炉，在惰性气体氛围下，升温至600～900℃，升温速率设为1～5℃/min，保温2～4小时，再以1～5℃/min降温至200℃，随炉膛冷却至室温后，可取出得到氟掺杂硬炭样品。
13、进一步的，步骤(1)所述的硬炭前驱体优选为玉米淀粉、小麦淀粉、土豆淀粉中的一种。
14、进一步的，步骤(1)所述的交联剂优选为顺丁烯二酸酐、磷酸氢二铵中的一种。
15、进一步的，步骤(1)中，硬炭前驱体与交联剂按一定质量比例混合，具体为硬炭前驱体与交联剂的质量比值为3:1～5:1。
16、进一步的，步骤(5)所述的掺杂源为聚偏二氟乙烯、四氟对苯二甲酸中的一种。
17、进一步的，步骤(5)中，纯硬炭样品与掺杂源按一定质量比例进行研磨混合，具体为纯硬炭样品与掺杂源的质量比值为1:1～1:3。
18、进一步的，步骤(5)所述的惰性气体为氮气、氩气中的一种。
19、由上述制备方法得到的氟掺杂硬炭材料，可作为钠离子电池负极材料应用在钠离子电池中，因其优异的电化学性能而具有良好的商业化应用前景。
20、本专利技术具有如下优点和有益效果：
21、(1)本专利技术采用淀粉作为原料，衍生成碳材料，具有高容量、容易获取、一致性好等独特优势，可大大减少负极材料的生产成本，同时提高其电化学性能。
22、(2)本专利技术方法制成的氟掺杂硬炭材料，粒度均匀，可衍生高机械稳定性和良好离子传导性的sei膜，其储钠性能优异，在0.02a/g时的储钠比容量不低于400mah/g，首次库伦效率不低于80％。且在400ma/g的高电流密度下可以稳定循环500圈，且循环容量保持率高于96％。
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1.一种基于氟原子掺杂策略的硬炭性能优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于氟原子掺杂策略的硬炭性能优化方法，其特征在于，步骤(1)所述的硬炭前驱体优选自玉米淀粉、小麦淀粉、土豆淀粉中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种基于氟原子掺杂策略的硬炭性能优化方法，其特征在于，步骤(1)所述的交联剂选自顺丁烯二酸酐、磷酸氢二铵中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于氟原子掺杂策略的硬炭性能优化方法，其特征在于，步骤(1)中，硬炭前驱体与交联剂以3:1～5:1的质量比例混合。
5.根据权利要求1所述的一种基于氟原子掺杂策略的硬炭性能优化方法，其特征在于，步骤(2)所述低温预烧的温度为100～300℃，预烧时间为20～30小时。
6.根据权利要求1所述的一种基于氟原子掺杂策略的硬炭性能优化方法，其特征在于，步骤(4)所述高温碳化的操作具体是：升温至1000～1600℃，升温速率为1～5℃/min，保温2～4小时，再以1～5℃/min降温至200℃。
7.根据权利要求1所述的一种基于氟原
8.根据权利要求1所述的一种基于氟原子掺杂策略的硬炭性能优化方法，其特征在于，步骤(5)所述煅烧的操作具体是：在惰性气体氛围下，升温至600～900℃，升温速率为1～5℃/min，保温2～4小时，再以1～5℃/min降温至200℃，所述的惰性气体选自氮气、氩气中的一种。
9.由权利要求1-8任一项所述的方法制备得到的氟原子掺杂硬炭。
10.权利要求9所述的氟原子掺杂硬炭在钠离子电池中的应用，其特征在于，用作钠离子电池负极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种基于氟原子掺杂策略的硬炭性能优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于氟原子掺杂策略的硬炭性能优化方法，其特征在于，步骤(1)所述的硬炭前驱体优选自玉米淀粉、小麦淀粉、土豆淀粉中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种基于氟原子掺杂策略的硬炭性能优化方法，其特征在于，步骤(1)所述的交联剂选自顺丁烯二酸酐、磷酸氢二铵中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于氟原子掺杂策略的硬炭性能优化方法，其特征在于，步骤(1)中，硬炭前驱体与交联剂以3:1～5:1的质量比例混合。
5.根据权利要求1所述的一种基于氟原子掺杂策略的硬炭性能优化方法，其特征在于，步骤(2)所述低温预烧的温度为100～300℃，预烧时间为20～30小时。
6.根据权利要求1所述的一种基于氟原子掺杂策略的硬炭性能优化方法，其特征在于，步骤(4)所述...
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