【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钠离子电池负极材料，尤其涉及一种沥青树脂基硬碳负极材料及其制备方法。
技术介绍
1、硬碳具有电压平台低，容量高，循环稳定性好，原料来源丰富等优势，受到科研人员和产业界的极大关注。然而硬碳负极材料也存在着平台容量低、倍率性能差、首次库伦效率低等系列问题，制约了硬碳负极材料的规模应用。
2、近些年，对于硬碳储钠机制有了更深入的探究。大量的科研工作证明，硬碳容量由斜坡区容量与低电压平台区容量组成。斜坡区容量则对应于碳层缺陷和表面官能团对钠离子的吸附。平台区容量主要与na+在类石墨碳层间嵌入和脱出有关(即吸附-脱嵌机制)以及与na+在闭孔中的填充有关。闭孔是一种复杂的非晶结构，是由弯曲堆垛的碳层包围成的孔结构。而增加钠离子全电池的工作电压和能量密度的有效手段即是提升硬碳的低平台容量，即增加闭孔数量。
3、目前关于闭孔的调控手段有限，是因为一旦温度过高碳材料内部易于形成过多的类石墨结构，这种类石墨结构不具有闭孔结构，也不利于储钠，而烧结温度过低难以形成足够的类石墨微晶以构成闭孔的孔壁。所以如何调控闭孔结构以提高储钠容量尤其平台区容量是硬碳负极材料研究的热点。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种沥青树脂基硬碳负极材料及其制备方法，以解决现有技术中硬碳负极材料闭孔数量少，平台区容量低的问题。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种沥青树脂基硬碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：
4、(1)将萘、对苯二甲醇和对甲基苯磺酸混合后进行缩合反应，得到沥青树脂；
5、(2)将沥青树脂顺次进行固化反应、球磨处理、碳化处理，得到碳化前驱体；
6、(3)将碳化前驱体和沥青混合后进行煅烧处理，得到沥青树脂基硬碳负极材料。
7、作为优选，所述步骤(1)中，萘和对苯二甲醇的摩尔比为1:0.5～2；所述对甲基苯磺酸的添加量占萘和对苯二甲醇总质量的2～7％。
8、作为优选，所述步骤(1)中，缩合反应的温度为120～170℃，缩合反应进行到出现缠棒现象时结束。
9、作为优选，所述步骤(2)中，固化反应包含第一段固化反应和第二段固化反应，其中第一段固化反应的温度为110～130℃，第一段固化反应的时间为15～20h，第二段固化反应的温度为180～220℃，第二段固化反应的时间为1～5h。
10、作为优选，所述步骤(2)中，球磨处理的球料比为3～5:1，球磨处理的时间为20～50h。
11、作为优选，所述步骤(2)中，碳化处理的升温速率为1～5℃/min，碳化处理的温度为1200～1600℃，碳化处理的时间为2～10h。
12、作为优选，所述步骤(3)中，碳化前驱体和沥青的质量比为100:1～5；所述沥青为高软化点沥青或中温沥青。
13、作为优选，所述步骤(3)中，煅烧处理的升温速率为1～5℃/min，煅烧处理的温度为900～1100℃，煅烧处理的时间为2～5h。
14、本专利技术还提供了一种上述制备方法制得的沥青树脂基硬碳负极材料，所述沥青树脂基硬碳负极材料的d50为5～10μm，比表面积≤10m2/g。
15、作为优选，所述沥青树脂基硬碳负极材料的首次可逆比容量≥320mah/g，首次库伦效率≥92％。
16、本专利技术的有益效果：
17、(1)本专利技术以多环芳烃萘为碳源前驱体，对苯二甲醇为交联剂，并在对甲基苯磺酸的催化作用下，经缩合反应制得网状三维结构的缩合多环多核芳烃即沥青树脂。沥青树脂经碳化处理发生闭环反应，并且通过调控萘和交联剂对苯二甲醇的质量比例能够控制闭环反应的发生。
18、(2)沥青树脂具有树脂的特性，在固化反应及碳化处理时，会有小分子化合物挥发，这一过程还会形成较多的开孔，后经固相碳包覆后开孔可转变为一定数量的闭孔，也会提高硬碳负极材料的低电压平台容量。
19、(3)本专利技术制得的沥青树脂基硬碳负极材料，具有优异的电化学性能，首次可逆比容量≥320mah/g，首次库伦效率≥92％，放电容量较高且低电压平台容量占总放电容量的75％以上。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种沥青树脂基硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，萘和对苯二甲醇的摩尔比为1:0.5～2；所述对甲基苯磺酸的添加量占萘和对苯二甲醇总质量的2～7％。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，缩合反应的温度为120～170℃，缩合反应进行到出现缠棒现象时结束。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，固化反应包含第一段固化反应和第二段固化反应，其中第一段固化反应的温度为110～130℃，第一段固化反应的时间为15～20h，第二段固化反应的温度为180～220℃，第二段固化反应的时间为1～5h。
5.根据权利要求2或4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，球磨处理的球料比为3～5:1，球磨处理的时间为20～50h。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，碳化处理的升温速率为1～5℃/min，碳化处理的温度为1200～1600℃，碳化处理的时间为2～10h。<...
【技术特征摘要】
1.一种沥青树脂基硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，萘和对苯二甲醇的摩尔比为1:0.5～2；所述对甲基苯磺酸的添加量占萘和对苯二甲醇总质量的2～7％。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，缩合反应的温度为120～170℃，缩合反应进行到出现缠棒现象时结束。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，固化反应包含第一段固化反应和第二段固化反应，其中第一段固化反应的温度为110～130℃，第一段固化反应的时间为15～20h，第二段固化反应的温度为180～220℃，第二段固化反应的时间为1～5h。
5.根据权利要求2或4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，球磨处理的球料比为3～5:1，球磨处理的时间为20～50h。
6.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘双双，王祥瑞，刘人欢，李胜，
申请(专利权)人：银硅宁波科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。