一种硬碳负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种硬碳负极材料及其制备方法，属于电池材料技术领域，本发明专利技术将植物类材料在惰性气氛下高温碳化得到多孔状材料，通过一次热解和二次热解使有机物热解碳嵌入或附着在多孔状材料内部或表面，高导电碳纳米管穿插在多孔状材料与热解碳之间，形成良好的导电网络，然后再经过焙烧，使高导电碳纳米管与有机物热解碳形成部分平行排列的石墨结构，提高硬碳负极材料的倍率性能。本发明专利技术的制备方法得到的碳负极材料离子储存位点高、导电性能好、内阻低，且具有高倍率性能。且具有高倍率性能。且具有高倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种硬碳负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池材料
，特别涉及一种硬碳负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着化石燃料的耗竭和环境污染问题的加剧，风能、太阳能等可再生清洁能源的利用越来越受到人们的重视，但是这些可再生能源受自然环境的影响具有波动性和间歇性，难以实现对电网进行稳定的输出，储能系统对于实现可再生能源的高效利用至关重要。在众多的储能技术中，锂离子电池由于具有高能量密度、高的功率密度、长循环寿命等优点已经全面占领了便携电子设备和新能源电动汽车的市场。但是锂的储量有限、并且分布不均匀，限制了锂离子电池在储能上的大规模应用。与锂具有相似物理化学性质的钠却储量丰富、分布广泛并且成本低廉，使得钠离子电池在大规模电网储能上具有广泛的应用前景。
[0003]目前硬碳材料具有原料资源丰富、成本低廉、以及倍率性能良好等优点，是有希望实现钠离子电池商业化负极材料的候选者。然而，硬碳材料存在可逆容量较低，比表面积过大，会导致初始库伦效率较低等影响钠离子电池的长循环性能等问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种硬碳负极材料及其制备方法，本专利技术提供的硬碳负极材料离子储存位点高、导电性能好、内阻低，且具有高倍率性能。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种硬碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]1)将植物类材料进行高温碳化，得到多孔状材料；
[0008]2)将所述步骤1)得到的多孔状材料、第一有机物和高导电碳纳米管混合后进行第一高温热解，得到一次热解料；
[0009]3)将所述步骤2)得到的一次热解料、第二有机物和高导电碳纳米管混合后进行第二高温热解，得到二次热解料；
[0010]4)将所述步骤3)得到的二次热解料进行高温焙烧，得到硬碳负极材料。
[0011]优选地，所述步骤1)中植物类材料为玉米杆、玉米芯、柚子皮、水稻壳、核桃壳、棉花、板栗壳、椰壳、花生壳、杏壳、桃壳和甘蔗渣中的至少一种。
[0012]优选地，所述步骤1)中碳化温度为50～1000℃，所述碳化时间为1～10h。
[0013]优选地，所述步骤2)中第一有机物包括树脂类材料或沥青类材料中的至少一种。
[0014]优选地，所述步骤2)中多孔状材料、第一有机物和高导电碳纳米管的质量比为9：1：1。
[0015]优选地，所述步骤2)中第一高温热解的温度为200～2000℃，时间为1～10h。
[0016]优选地，所述步骤3)中第二有机物包括树脂类材料或沥青类材料中的至少一种。
[0017]优选地，所述步骤3)中一次热解料、第二有机物和高导电碳纳米管的质量比为9.5：0.5：0.5。
[0018]优选地，所述步骤4)中高温焙烧的温度为1000～3000℃。
[0019]本专利技术还提供了上述制备方法制备得到的硬碳负极材料。
[0020]有益技术效果：本专利技术提供了一种硬碳负极材料的备方法，将植物类材料进行高温碳化得到多孔状材料，通过一次热解和二次热解使有机物热解碳嵌入或附着在多孔状材料内部或表面，高导电碳纳米管穿插在多孔状材料与热解碳之间，形成良好的导电网络，然后再经过焙烧，使高导电碳纳米管与有机物热解碳形成部分平行排列的石墨结构，提高硬碳负极材料的倍率性能。本专利技术的制备方法得到的碳负极材料离子储存位点高、导电性能好、内阻低，且具有高倍率性能。
附图说明
[0021]图1为实施例1制备的扣式半电池首次充放电曲线图；
[0022]图2为实施例1所制备的硬碳负极材料孔径分布图。
具体实施方式
[0023]本专利技术提供了一种硬碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0024]1)将植物类材料进行高温碳化，得到多孔状材料；
[0025]2)将所述步骤1)得到的多孔状材料、第一有机物和高导电碳纳米管混合后进行第一高温热解，得到一次热解料；
[0026]3)将所述步骤2)得到的一次热解料、第二有机物和高导电碳纳米管混合后进行第二高温热解，得到二次热解料；
[0027]4)将所述步骤3)得到的二次热解料进行高温焙烧，得到硬碳负极材料。
[0028]本专利技术将植物类材料进行高温碳化，得到多孔状材料。
[0029]在本专利技术中，所述植物类材料优选为玉米杆、玉米芯、柚子皮、水稻壳、核桃壳、棉花、板栗壳、椰壳、花生壳、杏壳、桃壳和甘蔗渣中的至少一种；所述高温碳化的气氛优选为氮气、氩气、氢气或氧气中的至少一种；所述高温碳化的温度优选为50～1000℃，更优选为300～800℃，最优选为500～600℃；所述碳化的时间优选为1～10h，更优选为5～8h；所述高温碳化的设备优选为管式炉、箱体炉、推板炉、VCJ加热混合机、隧道炉或辊道炉；所述多孔状材料的孔平均直径优选为1～150nm，更优选为10～100nm，最优选为50～80nm；所述多孔状材料中微孔、介孔和大孔的体积比优选为1：(50～100)：(5～50)，更优选为1：(60～80)：(20～30)，且可根据特定工艺进行调节；所述多孔状材料的BET比表面积优选为1～200m2/g，更优选为50～150m2/g，最优选为100m2/g；所述多孔状材料的层间距d
002
值优选为0.345～0.385，更优选为0.360～0.370。
[0030]得到多孔状材料后，本专利技术将得到的多孔状材料、第一有机物和高导电碳纳米管混合后进行第一高温热解，得到一次热解料。
[0031]在本专利技术中，所述第一有机物优选包括树脂类材料或沥青类材料中的至少一种。本专利技术所述树脂类材料优选为环氧树脂、丙烯酸类树脂、聚酯树脂、酚醛树脂或氨基树脂；所述沥青类材料优选为石油沥青或煤沥青；所述沥青类材料的软化点优选为80～280℃，更优选为100～250℃，最优选为150～200℃。在本专利技术中，所述有机物的粒径优选为1～500nm，更优选为50～400nm，最优选为100～200nm。
[0032]在本专利技术中，所述多孔状材料、第一有机物和高导电碳纳米管的质量比优选为9：1：1。
[0033]在本专利技术中，所述第一高温热解的气氛优选为氮气。
[0034]在本专利技术中，所述第一高温热解的温度优选为200～2000℃，更优选为500～1500℃，最优选为1000～1300℃；述第一高温热解所用设备优选为管式炉、箱体炉、推板炉、VCJ加热混合机、隧道炉或辊道炉。
[0035]本专利技术通过第一高温热解，使有机物热解碳嵌入或附着在多孔状材料内部或表面，高导电碳纳米管穿插在多孔状材料与热解碳之间。
[0036]得到一次热解料后，本专利技术将一次热解料、第二有机物和高导电碳纳米管混合后进行第二高温热解，得到二次热解料。
[0037]在本专利技术中，所述一次热解料在混合之前优选进行破碎处理；所述破碎处理的设备优选为颚式破碎机、锤式破碎机、齿盘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将植物类材料进行高温碳化，得到多孔状材料；2)将所述步骤1)得到的多孔状材料、第一有机物和高导电碳纳米管混合后进行第一高温热解，得到一次热解料；3)将所述步骤2)得到的一次热解料、第二有机物和高导电碳纳米管混合后进行第二高温热解，得到二次热解料；4)将所述步骤3)得到的二次热解料进行高温焙烧，得到硬碳负极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中植物类材料为玉米杆、玉米芯、柚子皮、水稻壳、核桃壳、棉花、板栗壳、椰壳、花生壳、杏壳、桃壳和甘蔗渣中的至少一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中碳化温度为50～1000℃，所述碳化时间为1～10h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志明，王惠冬，
申请(专利权)人：大连中天新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：