【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钠离子电池材料，尤其涉及一种纳米均匀掺磷硬碳钠离子电池负极材料的制备方法及其制备材料和应用。
技术介绍
1、随着新能源的发展与普及，以锂离子电池为代表的二次电池因为具有能量密度高，循环寿命长，能量转换效率高等优点而被广泛运用于电动汽车、消费类电子产品以及储能领域。但同时锂矿资源存在稀缺性，今年锂矿资源价格的上涨极大增加了锂离子电池的应用成本。
2、作为同一主族的元素的钠具有与锂相似的物理化学性质，尤其是其资源广泛分布，成本低廉。但钠离子半径远高于锂离子，无法嵌入现有的石墨负极材料中，目前硬碳材料层间距远大于石墨且具有微孔构造，能够进行钠离子的脱嵌过程，因而备受关注。
3、目前针对硬碳材料的造孔工艺，业内已经开展了很多研究，目前以酸洗造孔或加入造孔剂进行造孔为比较主流的方法。但是以上方法进行造孔，只能解决钠离子脱嵌的问题。本专利技术旨在研究一种能够产业化的方法，不但能够实现造孔，同时也能够通过造孔过程，对钠离子电池的其他性能也能产生正向影响。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种纳米均匀掺磷硬碳钠离子电池负极材料及其制备方法和应用。制备设备简单、生产成本低廉、重复性好。制备出的一种纳米均匀掺磷硬碳钠离子电池负极材料，内部具有纳米均匀分布的磷，同时纳米磷颗粒周围存在氧化磷还原过程形成的孔隙能够为磷颗粒体积膨胀提供缓冲空间，同时树脂碳化的硬碳本身具有的无定型结构极为稳定，保障了脱嵌钠过程中的结构稳定性，保障了较高的循环稳定性。
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3、将可溶性含磷酸根化合物加水溶解制备质量浓度为1％～30％的溶液；
4、在所述溶液中加入含有交换基团的高分子聚合物，形成混合液，以100rpm～1000rpm的转速充分搅拌至完成离子交换后，对混合液进行过滤与清洗，将滤出产物干燥后得到具有含磷酸根的高分子聚合物；
5、按温度分梯次对所述具有含磷酸根的高分子聚合物进行碳化处理，得到纳米均匀掺磷硬碳钠离子电池负极材料；
6、其中，在所述碳化处理的过程中，在第一梯次的温度下，磷酸根分解形成氧化磷，之后在第二梯次的温度下，氧化磷被还原为纳米磷颗粒，使得所述纳米磷颗粒周围具有在氧化磷还原过程中所形成的孔隙结构。
7、优选的，所述按温度分梯次对所述具有含磷酸根的高分子聚合物进行碳化处理具体为：
8、将所述具有含磷酸根的高分子聚合物在保护气氛环境下升温至500℃～900℃进行第一梯次的碳化，保温5小时～20小时，再升温至1000℃～1600℃进行第二梯次的碳化，保温0.5小时～10小时。
9、进一步优选的，所述第一梯次的碳化过程的升温速率为1℃/min～5℃/min，所述第二梯次的碳化过程升温速率为3℃/min～10℃/min。
10、优选的，所述交换基团包括：季铵基(－nr3oh，r为碳氢基团)、伯胺基(-nh2)、仲胺基(-nhr)或叔胺基(-nr2)中的一种货多种的组合；
11、所述高分子聚合物包括：聚苯乙烯树脂、环氧树脂、脲醛树脂、丙烯酸树脂中的一种或几种的组合；
12、所述可溶性含磷化合物包括：磷酸钾、磷酸钠和磷酸铵中的一种或几种的组合。
13、优选的，所述混合液中，可溶性含磷酸根化合物中的磷与所述含有交换基团的高分子聚合物中的交换基团的摩尔比为0.1:1～1:1。
14、优选的，所述充分搅拌至完成离子交换的时间为12小时～72小时。
15、优选的，所述保护气氛为氮气或氩气气氛，第一梯次的碳化过程中，保护气氛的气体流速为10l/min～20l/min，第二梯次的碳化过程中，保护气氛的气体流速为2l/min～5l/min。
16、第二方面，本专利技术实施例提供了一种钠离子电池负极材料，所述负极材料通过上述第一方面所述的制备方法制备得到。
17、第三方面，本专利技术实施例提供了一种钠离子电池负极，所述负极包括上述第二方面所述的钠离子电池负极材料。
18、第四方面，本专利技术实施例提供了一种钠离子电池，所述钠离子电池包括上述第三方面所述的钠离子电池负极。
19、本专利技术实施例提供的纳米均匀掺磷硬碳钠离子电池负极材料的制备方法，所用制备设备简单、生产成本低廉、重复性好。通过本方法制备出的纳米均匀掺磷硬碳钠离子电池负极材料，内部具有纳米均匀分布的磷，利用磷具备较高的储钠容量提升负极材料的储钠容量，同时纳米磷颗粒周围存在氧化磷还原过程形成的孔隙能够为磷颗粒体积膨胀提供缓冲空间，同时树脂碳化的硬碳本身具有的无定型结构极为稳定，保障了脱嵌钠过程中的结构稳定性，保障了较高的循环稳定性。
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1.一种纳米均匀掺磷硬碳钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
2.根据权利要求1所述的纳米均匀掺磷硬碳钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述按温度分梯次对所述具有含磷酸根的高分子聚合物进行碳化处理具体为：
3.根据权利要求2所述的纳米均匀掺磷硬碳钠离子电池负极材料的制备方法，特征在于，所述第一梯次的碳化过程的升温速率为1℃/min～5℃/min，所述第二梯次的碳化过程升温速率为3℃/min～10℃/min。
4.根据权利要求1所述的纳米均匀掺磷硬碳钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述交换基团包括：季铵基(－NR3OH，R为碳氢基团)、伯胺基(-NH2)、仲胺基(-NHR)或叔胺基(-NR2)中的一种货多种的组合；
5.根据权利要求1所述的纳米均匀掺磷硬碳钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述混合液中，可溶性含磷酸根化合物中的磷与所述含有交换基团的高分子聚合物中的交换基团的摩尔比为0.1:1～1:1。
6.根据权利要求1所述的纳米均匀掺磷硬碳钠离子电池负极材料的制备方法，其
7.根据权利要求1所述纳米均匀掺磷硬碳钠离子电池负极材料的制备方法，特征在于，所述保护气氛为氮气或氩气气氛，第一梯次的碳化过程中，保护气氛的气体流速为10L/min～20L/min，第二梯次的碳化过程中，保护气氛的气体流速为2L/min～5L/min。
8.一种钠离子电池负极材料，其特征在于，所述负极材料通过上述权利要求1至7任一所述的制备方法制备得到。
9.一种钠离子电池负极，其特征在于，所述负极包括上述权利要求8所述的钠离子电池负极材料。
10.一种钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池包括上述权利要求9所述的钠离子电池负极。
...【技术特征摘要】
1.一种纳米均匀掺磷硬碳钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
2.根据权利要求1所述的纳米均匀掺磷硬碳钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述按温度分梯次对所述具有含磷酸根的高分子聚合物进行碳化处理具体为：
3.根据权利要求2所述的纳米均匀掺磷硬碳钠离子电池负极材料的制备方法，特征在于，所述第一梯次的碳化过程的升温速率为1℃/min～5℃/min，所述第二梯次的碳化过程升温速率为3℃/min～10℃/min。
4.根据权利要求1所述的纳米均匀掺磷硬碳钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述交换基团包括：季铵基(－nr3oh，r为碳氢基团)、伯胺基(-nh2)、仲胺基(-nhr)或叔胺基(-nr2)中的一种货多种的组合；
5.根据权利要求1所述的纳米均匀掺磷硬碳钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述混合液中，可溶性含磷酸根...
【专利技术属性】
技术研发人员：吉祥，刘柏男，罗飞，
申请(专利权)人：溧阳天目先导电池材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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