一种钠离子电池硬碳负极材料及制备方法与钠离子电池技术

本发明专利技术公开了一种钠离子电池硬碳负极材料及制备方法与钠离子电池，所述钠离子电池硬碳负极材料由以下原料制备而成：聚乙烯比咯烷酮，聚氯乙烯，溶剂与交联剂。本发明专利技术的钠离子电池负极材料及其负极片为钠离子的嵌入/脱出提供了众多的超微孔及表面缺陷电位。能够有效提升极片的压实和柔韧性，同时也提高了负极片的面密度。本发明专利技术的钠离子电池负极片压实可提升到(1.2

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池硬碳负极材料及制备方法与钠离子电池


[0001]本专利技术属于钠离子电池
，涉及钠离子电池负极，尤其涉及一种钠离子电池硬碳负极材料及制备方法与钠离子电池。

技术介绍

[0002]在众多的二次电池中，锂离子电池因其高能量密度和功率密度的突出优势被认为是最有价值的储能技术.然而，由于锂元素在地壳中低丰度同时分布不均，随着锂离子电池需求的不断增长，人们担忧未来锂资源能否持续供给.相比之下，钠元素的储量丰富同时表现出与锂相似的化学性质，因此钠离子电池被视为锂离子电池的理想代替品。
[0003]目前，具有不同石墨化程度的碳材料用于钠离子电池的研究已经被广泛报道，如石墨、硬碳以及软碳，其中硬碳由于具有更大的晶面间距，是目前最有前途的钠离子电池负极材料，但硬碳负极由于自身缺陷较多，比表面积较大以及振实密度小等原因，在应用中国总是存在着克容量低、首效低、压实密度低、极片过于硬脆容易断裂、倍率性能差等问题。这导致钠离子电池负极片面密度提升困难，也直接限制了能量密度。

技术实现思路

[0004]为了解决以上钠离子电池硬碳负极的使用瓶颈，本专利技术的第一个目的在于提供一种钠离子电池硬碳负极材料及制备方法，本专利技术基于聚乙烯吡咯烷酮和合成树脂聚氯乙烯为前驱体合成的硬碳负极材料及制备方法，旨在解决现有钠离子电池的负极硬碳应用时存在的压实密度低、极片硬脆易断裂、首效低等问题。
[0005]本专利技术第二个目的是提供了上述钠离子电池硬碳负极材料制备得到的负极片与钠离子电池，本专利技术的钠离子电池硬碳负极材料及其负极片为钠离子的嵌入/脱出提供了众多的超微孔及表面缺陷电位。能够有效提升极片的压实和柔韧性，同时也提高了负极片的面密度。由上述钠离子电池硬碳负极材料制备的钠离子电池负极片压实可提升到(1.2
‑
1.5)g/cm3，由此极片制成的钠离子电池具有较高的能量密度和良好的倍率性能。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种钠离子电池硬碳负极材料，所述钠离子电池硬碳负极材料由以下原料制备而成：聚乙烯比咯烷酮，聚氯乙烯，溶剂与交联剂，其中，聚乙烯比咯烷酮：聚氯乙烯的质量比为10:1
‑
10，交联剂的加入量为3％
‑
10％，固液比为1：10
‑
80。
[0008]作为本专利技术的一种优选方案，所述溶剂包括异丙醇、N
‑
N二甲基甲酰胺、乙醇、N甲基吡咯烷酮中一种或多种。
[0009]作为本专利技术的一种优选方案，所述交联剂包括硝酸铜、氧化铜、硫酸铜中的一种或多种。
[0010]在本专利技术中，钠离子电池目前常用的负极有金属钠、二氧化钛、碳基材料和磷基材料等，这些材料各有优缺点，其中碳基材料由于分布较广、获得方式简单得到广泛关注。传统的石墨材料虽然在锂离子电池上具有优秀的储锂性能，但是由于钠离子半径较大，且因
为热力学原因石墨很难在钠电池中使用。硬碳由于大层间距、孔隙众多、嵌钠缺陷多被认为是最有前途的负极材料。为了提升硬碳负极的压实密度，改善极片的硬脆问题，本专利技术采用的制备新型硬碳及其负极片的原理在于以聚乙烯吡咯烷酮和聚氯乙烯为前驱体中碳源材料，异丙醇、N
‑
N二甲基甲酰胺、乙醇、N甲基吡咯烷酮等中一种或多种作为溶剂，硝酸铜、氧化铜、硫酸铜中的一种或多种作为交联剂/铜源，以静电纺丝方式制备纳米纤维后使用二氧化碳球磨或者使用后微波处理造孔，然后经过短时间高温退火处理后所得的硬碳材料。
[0011]第二方面，本专利技术提供了上述的钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0012]1)按配方量，在溶剂中加入聚乙烯比咯烷酮，磁力搅拌反应溶解，得到混合液A；
[0013]2)在步骤1)得到的混合液中，逐步加入交联剂与聚氯乙烯，磁力搅拌，得到混合液B；
[0014]3)将步骤2)得到的混合液B转移至塑料注射器中，并在干净的刷子上安装电纺所用的薄膜，通电后，进行静电喷射，纳米纤维聚集在收集器上；
[0015]4)将步骤3)得到的纳米纤维静置，使用二氧化碳球磨或者微波处理造孔；
[0016]5)将步骤4)得到的纳米纤维进行退火处理，得到钠离子电池硬碳负极材料。
[0017]作为本专利技术的一种优选方案，步骤1)与步骤2)中，磁力搅拌的时间为3h。
[0018]作为本专利技术的一种优选方案，步骤3)中，静电喷射的转速为0.03
‑
0.05mm/min。
[0019]作为本专利技术的一种优选方案，步骤4)中，所述退火处理为：将纳米纤维在坩埚中进行空烧，温度300
‑
500℃，时间3h，然后在箱式炉中，保护气氛下升温到500
‑
700℃，保温时间3h。
[0020]第三方面，本专利技术提供了钠离子电池负极片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0021]取上述的钠离子电池硬碳负极材料或者上述制备方法得到钠离子电池硬碳负极材料，与导电剂及粘结剂混合，使用转移式或挤压式涂布机均匀涂布在集流体上，经过辊压切片制成负极片。
[0022]作为本专利技术的一种优选方案，所述钠离子电池硬碳负极材料，导电剂与粘结剂的质量比为92
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95：2
‑
3:2
‑
6。
[0023]第四方面，本专利技术提供了一种钠离子电池，包括上述的钠离子电池硬碳负极材料或者上述制备方法得到钠离子电池硬碳负极材料制备得到的负极片，正极片与电解液。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0025]1)本专利技术提供的高压实高容量硬碳负极、钠离子负极片及其钠离子电池，通过对合成工艺的改进，提升了硬碳负极的使用窗口，本专利技术的方法制备的硬碳压实密度和克容量都有得到提高。
[0026]2)本专利技术的钠离子电池负极材料及其负极片为钠离子的嵌入/脱出提供了众多的超微孔及表面缺陷电位。能够有效提升极片的压实和柔韧性，同时也提高了负极片的面密度。
[0027]3)本专利技术的钠离子电池负极片压实可提升到(1.2
‑
1.5)g/cm3，由此极片制成的钠离子电池具有较高的能量密度和良好的倍率性能。
附图说明
[0028]图1是本专利技术的工艺流程图。
具体实施方式
[0029]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于理解，下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术，但下述实施例仅仅为本专利技术的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本专利技术的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0030]本专利技术提供了一种钠离子电池硬碳负极材料，所述钠离子电池硬碳负极材料由以下原料制备而成：聚乙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池硬碳负极材料，其特征在于，所述钠离子电池硬碳负极材料由以下原料制备而成：聚乙烯比咯烷酮，聚氯乙烯，溶剂与交联剂，其中，聚乙烯比咯烷酮：聚氯乙烯的质量比为10:1
‑
10，交联剂的加入量为3％
‑
10％，固液比为1：10
‑
80。2.根据权利要求1所述的一种钠离子电池硬碳负极材料，其特征在于，所述溶剂包括异丙醇、N
‑
N二甲基甲酰胺、乙醇、N甲基吡咯烷酮中一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种钠离子电池硬碳负极材料，其特征在于，所述交联剂包括硝酸铜、氧化铜、硫酸铜中的一种或多种。4.一种如权利要求1
‑
3任一项所述的钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：1)按配方量，在溶剂中加入聚乙烯比咯烷酮，磁力搅拌反应溶解，得到混合液A；2)在步骤1)得到的混合液中，逐步加入交联剂与聚氯乙烯，磁力搅拌，得到混合液B；3)将步骤2)得到的混合液B转移至塑料注射器中，并在干净的刷子上安装电纺所用的薄膜，通电后，进行静电喷射，纳米纤维聚集在收集器上；4)将步骤3)得到的纳米纤维静置，使用二氧化碳球磨或者微波处理造孔；5)将步骤4)得到的纳米纤维进行退火处理，得到钠离子电池硬碳负极材料。5.根据权利要求6所述的钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，步骤1)与步骤2)中，磁力...

【专利技术属性】
技术研发人员：方玲，王盈来，蒋勤虚，黄文，温舒婷，徐留扣，曹华燕，李艳红，陈相档，
申请(专利权)人：杭州南都动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：