【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钠离子电池，尤其是涉及一种钠离子负极材料的制备方法、钠离子负极片。
技术介绍
1、钠离子电池与锂离子电池相比具有明显的成本优势，因此，近年来钠离子电池获得快速发展，逐渐被应用在电动二轮车、低速车和小型储能等领域；在钠离子电池研究的初级阶段，石墨常作为钠离子电池的首选负极材料，如公开号cn104966813a公开的一种钠离子电池负极片及钠离子电池，该方案中采用了石墨膜作为钠离子电池的负极材料，该方案中钠离子电池的容量保持率可达到98 ％；但由于石墨层与钠离子之间的相互作用弱，钠离子难以与石墨形成稳定的插层化合物，导致石墨储钠容量极低，严重影响电芯的能量密度，因此初期的钠离子电池在性能上无法满足实际应用的需求。
2、为了解决上述石墨作为钠离子电池存在电池容量低的问题，本领域人员提出了添加无定形碳的方法，无定形碳按照石墨化难易程度分为易石墨化碳和难石墨化碳两种，易石墨化碳又称为软碳，难石墨化碳又称硬碳；如公开号cn116364880a公开的一种复合锂钠离子电池，该技术方案中钠离子电池的负极为含有硬碳或软碳与石墨或硅碳的复合物负极；该方案解决了首次效率低、容量偏低、平台偏低需要增加电池串联数的问题。
3、虽然无定形碳作为钠离子电池负极材料首选，具有较高的储钠容量，但无定形碳应用到钠离子电池时还存在以下问题：1、首次库仑效率偏低，2、充电过程中负极表面容易析钠，3、大电流充电能力差；因此需要针对上述无定形碳存在的问题再进一步研究。
技术实现思路
1、为了
2、本专利技术的具体技术方案为：
3、一种钠离子负极材料的制备方法，包括以下步骤：
4、步骤a：制备不定型硬碳；
5、步骤b：将不定型硬碳、钛酸锂和碳酸钠注入混料装置中进行混料处理制成负极材料前驱体，碳酸钠的粒径为1~5 μm，不定型硬碳、钛酸锂和碳酸钠的质量比为：20~40：60~80：8~15；
6、步骤c：将负极材料前驱体进行烧结处理，烧结处理后冷却分级制得钠离子负极材料。
7、作为优选，所述钠离子负极材料，包括质量比为20~40：60~80的钛酸锂和不定型硬碳，所述不定型硬碳为多孔材料，所述钛酸锂的晶型为尖晶石结构，不定型碳的孔径与钛酸锂的粒径之比为20~50：1。
8、进一步地，步骤a中所述不定型碳的制备方法包括以下步骤：
9、步骤1：将生物质原料进行皂化处理后过滤冲洗制得预处理生物材料；
10、步骤2：将预处理生物材料干燥后在氮气气氛中碳化处理，处理完毕后粉碎制得不定型硬碳。
11、作为优选，所述生物质原料包括松科植物、柏科植物和杉科植物中的一种或几种。
12、作为优选，步骤1中所述皂化处理的条件包括：使用碳酸钠溶液处理生物质原料，碳酸钠的质量分数为10~20％，处理温度为45~55 ℃；所述过滤冲洗的条件包括：使用60~70℃去离子水冲洗。
13、作为优选，步骤2中所述碳化处理的条件包括：碳化温度为500~600 ℃，碳化时间为10~12h，氮气通气量为0.2~0.25 m3/h，碳化率为80~90 ％。
14、作为优选，步骤b中所述混料处理的条件包括：转速为250~300 r/min，时间为2~3h。
15、作为优选，步骤c中所述烧结处理的条件包括：烧结温度为850~1000 ℃，烧结时间为8~12 h，惰性气氛。
16、本专利技术提供了一种钠离子负极材料的制备方法，该方法中选用了松科植物、柏科植物和杉科植物作为制备不定型硬碳的生物质原料，本申请发现由于松科植物、柏科植物和杉科植物能够产生生物油脂，生物油脂在热解过程中能够裂解出脂肪酸类物质，这部分物质能够在生物质材料碳化的过程中作为成孔剂，使形成的不定型碳材料行成多孔材料，而常规操作使用的沥青、高分子聚合物形成的不定型碳的结构中并不能形成多孔结构；此外本申请发现生物质材料中的油脂含量对于形成的不定型硬碳的孔隙结构不同，因此本专利技术采用了碱性的碳酸钠溶液与生物质原料中的油脂进行皂化反应，除去一部分生物质原料中的油脂，再通过碳化处理将除去部分油脂的生物质原料制成不定型硬碳，本专利技术的不定型硬碳的结构为“蚂蚁窝”形状的孔隙结构，孔道之间相互连通，该种结构的不定型硬碳的能够将钛酸锂套嵌在不定型硬碳的孔隙内，由于钛酸锂的体积形变小，离子迁移速度快同时嵌钠电位高，因此套嵌在不定型硬碳的孔隙结构内部后，能够使钠离子在不定型硬碳的内部与钛酸锂发生结合，解决钠离子与不定型硬碳之间离子迁移速率低、容易析钠的问题。
17、此外，本专利技术在制备不定型硬碳时皂化处理条件较为关键，皂化处理条件会影响制备的不定型碳硬碳的孔隙结构的形状和大小，孔隙结构的形状和大小会导致钛酸锂无法套嵌在不定型硬碳的空隙内部，从而使制得的钠离子负极材料无法形成钛酸锂和不定型碳的复合结构。
18、本专利技术中优选了碳酸钠处理生物质原料中的油脂，同时将不定型硬碳、钛酸锂和碳酸钠在混料装置中共混时也采用了碳酸钠，优选碳酸钠的原因是，碳酸钠在高温后碳酸会分解成二氧化碳溢出，而钠则会滞留在不定型碳的孔隙结构中，在混料过程中钛酸锂和碳酸钠会混合均匀并套嵌在不定型硬碳的孔隙结构内，碳酸钠在经过烧结后滞留的钠会穿插在钛酸锂之间，这部分穿插的钠能够为钠离子负极材料补充钠离子，能够显著提高负极材料的电池容量和首次库伦效率。
19、一种钠离子负极片，包括铝箔和涂覆在铝箔上的负极浆料，所述负极浆料包括负极材料、导电剂、粘结剂以及分散溶液，负极材料为上述的方法制得的钠离子负极材料。
20、作为优选，钠离子负极片的制备方法包括以下步骤：将负极材料、导电剂、粘结剂和溶剂分散均匀制成负极浆料，将负极浆料涂覆在铝箔上再依次经过干燥、辊压、模切制成钠离子负极片；负极材料为上述制备方法制得的钠离子负极材料。
21、作为优选，所述粘结剂可以是羟乙基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯、羧丙基甲基纤维素、聚偏氟乙烯和六氟丙烯中的一种或几种。
22、作为优选，所述导电剂包括导电碳黑、磷片石墨、碳纳米管、石墨烯和气相生长碳纤维中的一种或几种。
23、作为优选，所述溶剂为nmp。
24、与现有技术相比，本申请具有以下技术效果：
25、（1）本专利技术采用了碱性的碳酸钠溶液本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钠离子负极材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种钠离子负极材料的制备方法，其特征是，所述钠离子负极材料包括质量比为20~40：60~80的钛酸锂和不定型硬碳，所述不定型硬碳为多孔材料，所述钛酸锂的晶型为尖晶石结构，不定型碳的孔径与钛酸锂的粒径之比为20~50：1。
3.如权利要求1所述的一种钠离子负极材料的制备方法，其特征是，步骤A中所述不定型碳的制备方法包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的一种钠离子负极材料的制备方法，其特征是，所述生物质原料包括松科植物、柏科植物和杉科植物中的一种或几种。
5.如权利要求3所述的一种钠离子负极材料的制备方法，其特征是，步骤1中所述皂化处理的条件包括：使用碳酸钠溶液处理生物质原料，碳酸钠的质量分数为10~20 ％，处理温度为45~55 ℃；所述过滤冲洗的条件包括：使用60~70 ℃去离子水冲洗。
6.如权利要求3所述的一种钠离子负极材料的制备方法，其特征是，步骤2中所述碳化处理的条件包括：碳化温度为500~600 ℃，碳化时间为10~12 h，氮气
7.如权利要求1所述的一种钠离子负极材料的制备方法，其特征是，步骤B中所述混料处理的条件包括：转速为250~300 r/min，时间为2~3 h。
8.如权利要求1所述的一种钠离子负极材料的制备方法，其特征是，步骤C中所述烧结处理的条件包括：烧结温度为850~1000 ℃，烧结时间为8~12 h，惰性气氛。
9.一种钠离子负极片，其特征是，包括铝箔和涂覆在铝箔上的负极浆料，所述负极浆料包括负极材料、导电剂、粘结剂以及分散溶液，所述负极材料为权利要求1至8所述的方法制得的钠离子负极材料。
10.如权利要求9所述的一种钠离子负极片，其特征是，所述粘结剂可以是羟乙基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯、羧丙基甲基纤维素、聚偏氟乙烯和六氟丙烯中的一种或几种；所述导电剂包括导电碳黑、磷片石墨、碳纳米管、石墨烯和气相生长碳纤维中的一种或几种；所述溶剂为NMP。
...【技术特征摘要】
1.一种钠离子负极材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种钠离子负极材料的制备方法，其特征是，所述钠离子负极材料包括质量比为20~40：60~80的钛酸锂和不定型硬碳，所述不定型硬碳为多孔材料，所述钛酸锂的晶型为尖晶石结构，不定型碳的孔径与钛酸锂的粒径之比为20~50：1。
3.如权利要求1所述的一种钠离子负极材料的制备方法，其特征是，步骤a中所述不定型碳的制备方法包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的一种钠离子负极材料的制备方法，其特征是，所述生物质原料包括松科植物、柏科植物和杉科植物中的一种或几种。
5.如权利要求3所述的一种钠离子负极材料的制备方法，其特征是，步骤1中所述皂化处理的条件包括：使用碳酸钠溶液处理生物质原料，碳酸钠的质量分数为10~20 ％，处理温度为45~55 ℃；所述过滤冲洗的条件包括：使用60~70 ℃去离子水冲洗。
6.如权利要求3所述的一种钠离子负极材料的制备方法，其特征是，步骤2中所述碳化处理的条件包括：碳化...
【专利技术属性】
技术研发人员：常林荣，苏锋，何福俭，郝培栋，
申请(专利权)人：浙江超恒动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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