【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钠离子电池负极材料制备领域，涉及一种基于煤基硬碳负极材料制备方法及其产品和应用。
技术介绍
1、随着风能，太阳能等新能源的快速发展，急需开发低成本的规模化储能方案。由于钠离子电池具有高安全性能和宽温域工作优势，在规模化储能领域表现出巨大的应用前景。随着钠离子电池密集投产，负极材料的需求将成为钠离子电池产能的重要增长点，然而，目前商业化石墨负极无法与钠离子形成稳定的插层化合物，钠离子主要采用无序且结构复杂的硬碳作为负极材料，硬碳材料表现出巨大的商业前景。
2、目前，硬碳负极通常采用生物基、高分子树脂基、煤沥青基等高温碳化制备，技术手段为窑炉高温(1000-2000℃)碳化处理1-5h，能源消耗巨大。近期所开发的一种焦耳热快速加热设备，通过在两电极之间施加高电压高电流，实现材料瞬间加热(温度可达到3000k)与快速冷却，对于硬碳快速低成本制备具有很大的潜力。目前，焦耳热快速加热技术已经在塑料解聚、石墨烯制备、高熵合金催化剂制备、相变材料制备、贵金属提取等方面被报道。
3、在硬碳制备方面，一种硬碳及其制备方法和装置(cn202310690731)、一种钠离子电池硬碳负极材料的超快速制备方法(cn202310299821)已经采用焦耳热快速加热制备硬碳材料，但是其所选择的前驱体均为生物质基，生物质基作为硬碳前驱体，缺点是原材料成本相对较高且产量低、且残炭率普遍在14％左右，远远满足不了钠电硬碳负极的需求量。
4、煤基材料成本低廉，资源丰富、含碳量高。目前褐煤、烟煤、无烟煤残炭率一般为50
5、目前，利用焦耳热快速加热技术实现煤基前驱体硬碳制备仍然没有得到探索。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种基于煤基前驱体硬碳负极材料制备方法，通过利用焦耳热快速加热技术实现硬碳负极材料的低成本一致性制备。
2、本专利技术所采用的技术方案是，一种基于煤基前驱体硬碳负极材料制备方法，包括以下步骤：
3、(1)前驱体原料的选择，所述前驱体原料选自煤类、煤类与生物质、煤类与糖类或煤类与高分子树脂中的一种；
4、(2)将煤类、生物质原料进行粉碎处理；
5、(3)步骤(2)粉碎处理后的煤类、生物质前驱体原料进行酸碱纯化干燥处理，获得硬碳前驱体；
6、(4)将硬碳前驱体放置于盛料容器中，在保护气氛下利用焦耳热快速加热处理，获得硬碳负极材料。
7、进一步的，还包括步骤步骤(5)，将硬碳负极材料进行钠离子电池器件组装，制得钠离子电池组件，所述的钠离子电池器件包括软包电池、柱状电池或纽扣电池。
8、其中，上述糖类和高分子树脂均为高纯粉末。
9、其中，步骤(1)所述的前驱体原料以煤类前驱体为主要组成部分，其中，煤类与糖类前驱体配比为任意配比，煤类与生物质前驱体配比为任意配比，煤类与高分子树脂前驱体为任意配比。
10、进一步的，所述煤类选自烟煤、褐煤或无烟煤中的一种；所述糖类选自壳聚糖、葡萄糖、淀粉或蔗糖中的一种；所述生物质选自椰壳、柏木、榛子或核桃壳中的一种；所述高分子树脂前驱体选自酚醛树脂或聚乙烯中的一种。
11、进一步的，所述前驱体原料为煤类时，焦耳热快速加热的过程为0s～30s升温至1000℃～2000℃，并快速降温；所述前驱体原料为煤类与糖类、煤类与生物质或煤类与高分子树脂中的一种时，焦耳热快速加热过程分为两阶段：第一阶段为500℃～800℃冲击，时间为0s～30s，第二阶段为1000℃～2500℃冲击，时间为0s～30s。
12、进一步的，在硬碳前驱体中，添加0-10％导电剂材料，增强前驱体粉末之间的热传导，所述导电剂材料包括导电炭黑、乙炔黑或碳纳米管。
13、本专利技术步骤(1)中所述的粉碎处理，具体为粉碎超声筛分处理，筛分目数为100-200目，之后进行气流粉碎处理，获得2-5μm左右的均一化颗粒。
14、本专利技术步骤(2)所述的酸碱纯化干燥处理，具体步骤为：酸溶液洗涤后，水洗涤至中性，碱溶液洗涤，水洗涤至中性，之后干燥。
15、本专利技术步骤(3)所述的盛料容器选自石墨舟、石墨管或石英管中的一种，其中石墨管、石英管的具体操作方法为在管的两端采用石墨电极压实前驱体粉末，之后将石墨电极两端放置焦耳热加热炉电源正负极两端；石墨舟的具体操作方法为将前驱体放置石墨舟中，将石墨舟的两端电极放置焦耳热加热炉电源正负极两端。
16、本专利技术步骤(4)所述的保护气氛为氮气氛围、氩气氛围或0.1pa-50pa真空环境压力。
17、本专利技术还包括上述制得的硬碳负极材料在钠离子电池领域的应用。
18、本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种硬碳负极材料的复配方案，通过煤类、煤类与糖类、生物质、高分子树脂粉末按照一定比例混合，进行酸碱纯化干燥处理，利用焦耳热加热手段快速高温热解交联，碳化重整孔隙结构，提高硬碳的储钠比容量及首次库伦效率，实现硬碳负极材料的低成本和一致性制备。
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1.一种基于煤基前驱体硬碳负极材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于煤基前驱体硬碳负极材料制备方法，其特征在于：还包括步骤(5)，将硬碳负极材料进行钠离子电池器件组装，制得钠离子电池器件，所述的钠离子电池器件包括软包电池、柱状电池或纽扣电池。
3.如权利要求1所述的一种基于煤基前驱体硬碳负极材料制备方法，其特征在于：所述糖类和高分子树脂均为高纯粉末。
4.如权利要求1所述的一种基于煤基前驱体硬碳负极材料制备方法，其特征在于：所述煤类选自烟煤、褐煤或无烟煤中的一种；所述糖类选自壳聚糖、葡萄糖、淀粉或蔗糖中的一种；所述生物质选自椰壳、柏木、榛子或核桃壳中的一种；所述高分子树脂前驱体选自酚醛树脂或聚乙烯中的一种。
5.如权利要求1所述的一种基于煤基前驱体硬碳负极材料制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述前驱体原料为煤类时，焦耳热快速加热的过程为0s～30s升温至1000℃～2000℃，并快速降温；所述前驱体原料为煤类与糖类、煤类与生物质或煤类与高分子树脂中的一种时，焦耳热快速加热过程分为两阶段：第一阶段
6.如权利要求1所述的一种基于煤基前驱体硬碳负极材料制备方法，其特征在于：在步骤(3)制得的硬碳前驱体中，添加0-10％导电剂材料，增强前驱体粉末之间的热传导，所述导电剂材料包括导电炭黑、乙炔黑或碳纳米管。
7.如权利要求1所述的一种基于煤基前驱体硬碳负极材料制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的粉碎处理，具体为粉碎超声筛分处理，筛分目数为100-200目，之后进行气流粉碎处理，获得2-5μm左右的均一化颗粒。
8.如权利要求1所述的一种基于煤基前驱体硬碳负极材料制备方法，其特征在于：步骤(3)所述的酸碱纯化干燥处理，具体步骤为：酸溶液洗涤后，水洗涤至中性，碱溶液洗涤，水洗涤至中性，之后干燥。
9.如权利要求1所述的一种基于煤基前驱体硬碳负极材料制备方法，其特征在于：步骤(4)所述的盛料容器选自石墨舟、石墨管或石英管中的一种，其中石墨管、石英管的具体操作方法为在管的两端采用石墨电极压实前驱体粉末，之后将石墨电极两端放置焦耳热加热炉电源正负极两端；石墨舟的具体操作方法为将前驱体放置石墨舟中，将石墨舟的两端电极放置焦耳热加热炉电源正负极两端，所述的保护气氛为氮气氛围、氩气氛围或0.1Pa-50Pa真空环境压力。
10.权利要求1-9任一项所述方法制得的硬碳负极材料在钠离子电池领域的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种基于煤基前驱体硬碳负极材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于煤基前驱体硬碳负极材料制备方法，其特征在于：还包括步骤(5)，将硬碳负极材料进行钠离子电池器件组装，制得钠离子电池器件，所述的钠离子电池器件包括软包电池、柱状电池或纽扣电池。
3.如权利要求1所述的一种基于煤基前驱体硬碳负极材料制备方法，其特征在于：所述糖类和高分子树脂均为高纯粉末。
4.如权利要求1所述的一种基于煤基前驱体硬碳负极材料制备方法，其特征在于：所述煤类选自烟煤、褐煤或无烟煤中的一种；所述糖类选自壳聚糖、葡萄糖、淀粉或蔗糖中的一种；所述生物质选自椰壳、柏木、榛子或核桃壳中的一种；所述高分子树脂前驱体选自酚醛树脂或聚乙烯中的一种。
5.如权利要求1所述的一种基于煤基前驱体硬碳负极材料制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述前驱体原料为煤类时，焦耳热快速加热的过程为0s～30s升温至1000℃～2000℃，并快速降温；所述前驱体原料为煤类与糖类、煤类与生物质或煤类与高分子树脂中的一种时，焦耳热快速加热过程分为两阶段：第一阶段为500℃～800℃冲击，时间为0s～30s，第二阶段为1000℃～2500℃冲击，时间为0s～30s。
6.如权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩俊伟，龚学磊，孔德斌，刘永旭，刘婷，智林杰，邱青杰，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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