【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钠离子电池领域，特别地，涉及氮掺杂硬碳材料及其制备方法、负极片、钠离子电池、应用。
技术介绍
1、钠离子电池具有与锂离子电池相似的工作原理，而且具有优异的倍率性能、高低温性能和可靠的安全性，因此引起了研究人员前所未有的热情。他们致力于提升钠离子电池的库仑效率、能量密度和使用寿命，以提高整体电化学性能，使钠离子电池走向实用化。然而，由于热力学原因，石墨材料无法在钠离子电池中表现出良好的性能，因此开发高能量密度的负极材料迫在眉睫。
2、
技术介绍
部分的内容仅仅是专利技术人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种氮掺杂硬碳材料及其制备方法，该氮掺杂的生物质硬碳结构中引入更多可逆缺陷，丰富孔隙结构，形成的材料具有优异的倍率性能与循环性能，有望在钠离子电池领域获得更广泛的应用。
2、为了实现以上目的，本申请第一方面提供了一种氮掺杂硬碳材料，所述氮掺杂硬碳材料的氮掺杂量为4.0~9.5wt%，不定形碳峰和石墨化碳峰的比值id/ig为1.15~1.40；
3、所述氮掺杂硬碳材料的压实密度为0.90~1.50g/cm3。
4、在本申请的一些实施例中，所述氮掺杂硬碳材料的孔径≤2nm。
5、在本申请的一些实施例中，所述氮掺杂硬碳材料的比表面积为10.5~15m2/g。
6、在本申请的一些实施例中，所述氮掺杂硬碳材料的碳层间距为0.36~0.39nm。
7
8、将生物质材料清洗、烘干后粉碎，获得原料粉末；
9、将所述原料粉末用酸洗剂进行酸洗纯化，清洗后获得纯化料；
10、将所述纯化料进行活化，获得活化料；
11、将所述活化料与氮掺杂剂进行球磨，获得球磨料；
12、将所述球磨料进行预碳化，获得预碳化料；以及
13、将所述预碳化料进行高温碳化，获得所述氮掺杂硬碳材料。
14、在本申请的一些实施例中，所述生物质材料包括椰壳、甘蔗渣、稻壳、花生壳、榛子壳、菠萝叶、荔枝杆、桉树皮和香蕉茎中的一种或多种。
15、在本申请的一些实施例中，所述原料粉末的粒径≤38μm。
16、在本申请的一些实施例中，所述酸洗剂包括盐酸和/或氢氟酸。
17、在本申请的一些实施例中，所述酸洗剂的浓度为2~4mol/l。
18、在本申请的一些实施例中，所述酸洗纯化的时间为0.5~2h。
19、在本申请的一些实施例中，所述纯化料的ph值为7~8。
20、在本申请的一些实施例中，所述活化在活化气体气氛下，在温度为400~600℃、时间为2~4h的条件下进行。
21、在本申请的一些实施例中，所述活化气体为二氧化碳或水蒸气，所述活化气体的流速为20~50ml/min。
22、在本申请的一些实施例中，所述氮掺杂剂包括乙二胺、多巴胺、苯胺、三聚氰胺、双氰胺、三乙醇胺、三乙烯四乙胺和尿素中的一种或多种，优选为尿素。
23、在本申请的一些实施例中，所述球磨的转速为300~500rpm，时间为0.5~2h。
24、在本申请的一些实施例中，所述活化料与所述氮掺杂剂的质量比为1：（1~3）。
25、在本申请的一些实施例中，所述预碳化在惰性气体氛围下，在温度为400~600℃、时间为2~4h的条件下进行。
26、在本申请的一些实施例中，所述高温碳化的温度为1100~1300℃，时间为2~4h。
27、本申请的第三方面提供了一种负极片，其包括上述氮掺杂硬碳材料。
28、本申请的第四方面提供了一种钠离子电池，其包括上述负极片。
29、本申请的第五方面提供了调控上述氮掺杂硬碳材料中氮含量在增强电池负极材料电化学性能中的应用。
30、需要说明的是，通过调控椰壳处理过程中材料中氮含量，提高氮掺杂硬碳材料电化学性能，其比容量和首效明显提升。
31、本申请提供的制备方法简单，原料获取方便，工业化可行性高。本申请中，氮源的掺入使得带来高电子迁移率、良好的钠迁移率和更高的容量保持率和倍率性能。
32、本申请对生物质材料在预碳化阶段进行氮掺杂，制得的氮掺杂硬碳材料具有优异的倍率性能、循环性能和首效，有望在钠离子电池领域获得更广泛的应用。
33、本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
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1.一种氮掺杂硬碳材料，其特征在于，所述氮掺杂硬碳材料的氮掺杂量为4.0~9.5wt%，不定形碳峰和石墨化碳峰的比值ID/IG为1.15~1.40；
2.根据权利要求1所述的氮掺杂硬碳材料，其特征在于，所述氮掺杂硬碳材料的孔径≤2nm。
3.权利要求1或2所述的氮掺杂硬碳材料的制备方法，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述生物质材料包括椰壳、甘蔗渣、稻壳、花生壳、榛子壳、菠萝叶、荔枝杆、桉树皮和香蕉茎中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述酸洗剂包括盐酸和/或氢氟酸。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述活化在活化气体气氛下，在温度为400~600℃、时间为2~4h的条件下进行。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氮掺杂剂包括乙二胺、多巴胺、苯胺、三聚氰胺、双氰胺、三乙醇胺、三乙烯四乙胺和尿素中的一种或多种。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述球磨的转速为300~500rpm，时间为0.5~
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述预碳化在惰性气体氛围下，在温度为400~600℃、时间为2~4h的条件下进行。
10.调控权利要求1所述的氮掺杂硬碳材料中氮含量在增强电池负极材料电化学性能中的应用，其特征在于，所述氮掺杂硬碳材料的氮掺杂量为4.0~9.5wt%。
11.一种负极片，其特征在于，包括权利要求1或2所述的氮掺杂硬碳材料。
12.一种钠离子电池，其特征在于，包括权利要求11所述的负极片。
...【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂硬碳材料，其特征在于，所述氮掺杂硬碳材料的氮掺杂量为4.0~9.5wt%，不定形碳峰和石墨化碳峰的比值id/ig为1.15~1.40；
2.根据权利要求1所述的氮掺杂硬碳材料，其特征在于，所述氮掺杂硬碳材料的孔径≤2nm。
3.权利要求1或2所述的氮掺杂硬碳材料的制备方法，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述生物质材料包括椰壳、甘蔗渣、稻壳、花生壳、榛子壳、菠萝叶、荔枝杆、桉树皮和香蕉茎中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述酸洗剂包括盐酸和/或氢氟酸。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述活化在活化气体气氛下，在温度为400~600℃、时间为2~4h的条件下进行。
【专利技术属性】
技术研发人员：邓聪，张立君，李勇，杜宁，邓明华，岳敏，
申请(专利权)人：碳一新能源杭州有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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