【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池领域，具体地，涉及一种碳包覆煤基石墨负极材料及其制备方法、负极极片和钠电池。
技术介绍
1、近年来，虽然锂离子电池已广泛应用于电动汽车等行业，但其进一步的发展却受到锂资源储量、锂离子电池成本等一系列关键问题的制约。
2、钠来源广泛、储量丰富、钠的储量是锂的420倍，价格远低于锂。近年来，随着锂价格疯狂上涨，钠离子电池有望以比锂离子电池低30～50％的成本而受到广泛关注，特别是在储能领域、混合动力领域、替代铅酸电池领域，钠离子电池具有诱人的应用前景。
3、钠是第二轻的碱金属，与锂的化学性质相似，但钠离子半径0.102nm，相对于锂离子半径0.076nm要大34.2％，导致钠离子不适合在传统的层间距较小的石墨负极材料中进行储能，而硬碳材料由于层间距比石墨大，有疏松多孔和相互交错的层状结构，可以储存大量的钠离子，被认为是未来理想的钠离子电池负极材料。
4、硬碳储钠机制中，当层间距大于0.4nm时，这种超大层间距的石墨化碳层和常规的“缺陷”(如孔、边、杂原子)，可导致0.1v以上的斜坡区容量。层间距为0.36～0.40nm时，伪石墨化碳则通过“层间嵌入”机制存储na，所产生的nac8可提供理论容量为279mah/g的平台比容量。而层间距小于0.36nm的类石墨化碳则无法储存钠。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
2、在本专利技术第一方面，提出一种碳包覆煤基石墨负极材料的制备方法，
3、(1)将酸、煤基石墨、钠盐和锰酸盐进行反应，并对所述反应产物进行膨化处理，以得到煤基膨胀石墨；
4、(2)在co2气氛中，将所述煤基膨胀石墨和活化试剂混合，以对所述煤基膨胀石墨进行造孔；
5、(3)在步骤(2)所得产物的表面进行碳包覆，以得到碳包覆煤基石墨负极材料。
6、本专利技术的方法通过对煤基石墨进行插层、膨胀使得石墨的层间距扩大，进而增强器层间储钠能力对于平台区容量的贡献；通过造孔来增加缺陷位储钠能力对斜坡区容量的贡献；通过包覆碳，可降低材料比表面积从而提高材料的首次库伦效率，修复表面缺陷，同时改善材料和电解液的接触界面。
7、根据本专利技术的实施例，所述碳包覆包括软碳包覆层和硬碳包覆层，所述软碳包覆层包覆在所述硬碳包覆层的至少部分表面。
8、根据本专利技术的实施例，所述反应包括：将酸、煤基石墨、钠盐和锰酸盐在0-4℃下反应6-30h后转移至35-55℃的水浴中继续加热0.5-2min，得到黑色悬浊液；对所述黑色悬浊液进行分离和干燥，得到煤基石墨插层化合物。
9、根据本专利技术的实施例，所述膨化的条件包括：时间为30-120s；温度为800-1000℃。
10、根据本专利技术的实施例，步骤(2)中，所述混合的具体操作为：将所述活化试剂与所述煤基膨胀石墨溶于水中并超声，所述超声的时间为1-3h，温度为50-80℃。
11、根据本专利技术的实施例，所述造孔的条件为：以室温升温至700-900℃活化2-8h，升温速率为3-8℃/min。
12、根据本专利技术的实施例，以气相沉积的方式在所述煤基膨胀石墨的表面沉积硬碳包覆层。
13、根据本专利技术的实施例，所述气相沉积的条件为：温度为600-700℃，时间为3-5h。
14、根据本专利技术的实施例，气相包括乙炔和甲烷中的至少之一。
15、根据本专利技术的实施例，以喷雾-流化床的方式在硬碳包覆层的至少部分表面包覆软碳包覆层。
16、根据本专利技术的实施例，所述喷雾-流化床的条件为：时间3-4h，温度为180-250℃。
17、根据本专利技术的实施例，所述喷雾的溶剂为醇和树脂的混合液，所述树脂包括酚醛树脂、环氧树脂和聚酰亚胺树脂中的至少之一，所述醇包括乙醇和甲醇中的至少之一。
18、根据本专利技术的实施例，所述酸、所述煤基石墨、所述钠盐和锰酸盐的质量比为(3-10)∶1∶(0.8-1.2)∶(5-8)。
19、根据本专利技术的实施例，所述活化试剂与所述煤基膨胀石墨的质量比为(1-5)∶100。
20、根据本专利技术的实施例，所述酸包括盐酸、硫酸和硝酸中的至少之一。
21、根据本专利技术的实施例，所述钠盐包括nacl、nano3、na2co3、na2c2o4中的至少之一。
22、根据本专利技术的实施例，所述锰酸盐包括kmno4、li2mno4中的至少之一。
23、根据本专利技术的实施例，所述活化试剂包括zncl2、mgo、mgco3、fecl3、mgcl2中的至少之一。
24、在本专利技术的第二方面，本专利技术提出一种碳包覆煤基石墨负极材料，所述碳包覆煤基石墨负极材料由上述的方法制备得到。该碳包覆煤基石墨负极材料具有较好的储钠性能。
25、在本专利技术的第三方面，本专利技术提出一种负极极片，包括上述的碳包覆煤基石墨负极材料。该负极极片具有较好的电解液浸润性。
26、在本专利技术的第四方面，本专利技术提出一种钠电池，包括上述的负极极片，该钠电池具有较好的首次库伦效率和循环性能。
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1.一种碳包覆煤基石墨负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳包覆包括软碳包覆层和硬碳包覆层，所述软碳包覆层包覆在所述硬碳包覆层的至少部分表面。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膨化的条件包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述混合的具体操作为：将所述活化试剂与所述煤基膨胀石墨溶于水中并超声，所述超声的时间为1-3h，温度为50-80℃；
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，以气相沉积的方式在所述煤基膨胀石墨的表面沉积硬碳包覆层；
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸、所述煤基石墨、所述钠盐和锰酸盐的质量比为(3-10)∶1∶(0.8-1.2)∶(5-8)；
8.由权利要求1-7任一项所述的方法制备的碳包覆煤基石墨负极材料。
9.一种负极极片，其特征在于，包括权利要求8所述的碳包覆煤基石墨负极材料。
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...【技术特征摘要】
1.一种碳包覆煤基石墨负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳包覆包括软碳包覆层和硬碳包覆层，所述软碳包覆层包覆在所述硬碳包覆层的至少部分表面。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膨化的条件包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述混合的具体操作为：将所述活化试剂与所述煤基膨胀石墨溶于水中并超声，所述超声的时间为1-3h，温...
【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，苏航，战鹏，曾祥兵，
申请(专利权)人：安徽得壹能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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