一种钠离子电池负极材料的制备方法技术

本发明专利技术提供一种钠离子电池负极材料的制备方法。该钠离子电池负极材料的制备方法，包括，S1.选取柚子皮、花生壳、玉米秸秆且质量分数为1:1:2

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池负极材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及电池负极材料的制备
，具体为一种钠离子电池负极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]现有钠电池负极材料技术路线有金属氧化物、有机负极材料、基于转化及合金化反应的负极材料和碳基负极材料等。其中，金属氧化物容量较低，合金类循环性能和倍率性能不佳，石墨储钠困难，无法用作钠电负极，相较于钠离子电池，钠离子原子半径较钠离子大至少35％以上，钠离子较难在材料中嵌入脱出，对负极材料的结构稳定性提出了更高的要求。钠离子电池中主流运用的石墨负极材料的孔径与层间距都无法满足钠离子电池负极的要求。软碳容量不足，硬碳成为钠电负极首选。无定形碳包括硬碳与软碳，硬碳是在2800℃以上高温处理后不能石墨化的碳，软碳是经高温处理后可以石墨化的碳。硬碳内部晶体排布杂乱无序，孔隙更多，且石墨片层间、封闭微孔、表面和缺陷位点都能储钠，所以容量较高。

技术实现思路

[0003](一)解决的技术问题
[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种钠离子电池负极材料的制备方法，解决了受成本、易于保存等因素的影响，导致硬碳负极材料电池储能性能不高、成本高。
[0005](二)技术方案
[0006]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种钠离子电池负极材料的制备方法，包括：
[0007]S1.选取柚子皮、花生壳、玉米秸秆且质量分数为1:1:2
‑
5，经过KOH活化碳化并进行高温裂解，得到第一碳源；
[0008]S2.选取沥青，并将沥青利用交联剂将沥青进行交联，改变其微观结构，在热解碳化过程中阻碍石墨微晶的长大，进行固相碳化，即可得到硬碳材料，得第二碳源；
[0009]S3.选取第一碳源、第二碳源以1：1
‑
2的比例进行缓混合，并进行粉碎至5
‑
10纳米的直径，得到硬碳前驱体；
[0010]S4.将硬碳前驱体在5
‑
10pa的真空度条件下，以2℃/min的升温速率升温至750℃并保温5h，完成炭化，然后自然冷却至室温，即制得硬碳负极原材料；
[0011]S5.称取硬碳负极原材料重量10％的淀粉与2％重量的炭黑加入搅拌机中，调节搅拌转速为500r/min，搅拌1h后，将混合物置于马弗炉中，设置温度为300℃保温5h进行稳定化处理，将稳定化后的样品放入炭化炉中；
[0012]S6.在氮气气氛下，以2℃/min的升温速率升温至900℃保持1.5h，之后冷却至室温，取出炭化后的样品，得到钠离子电池负极材料。
[0013]优选的，所述第一碳源与电解液充分接触，为钠离子在材料内部的传输提供了通
道和更多的嵌钠位点，生物质来源广泛、绿色环保，并且本身就具有丰富的杂原子和独特的微观结构，可以作为制备硬碳的前驱体，嵌钠性能与材料独特的孔结构密切相关，钠离子在材料内部的传输提供了通道和更多的嵌钠位点，材料的丰富孔道结构有助于提升材料的嵌钠容量和循环稳定性，并表现出优异的倍率和循环性能，为钠离子的存储提供了活性位点，提升了储钠容量，而介孔和大孔的存在则缩短了钠离子的输运距离，提升了钠离子的迁移速率。
[0014]优选的，S3.中称取量为换算值的20％
‑
25％的硫，即在粉末研磨前加入过量的单质硫一起研磨。
[0015]优选的，S1中所述KOH活化碳化过程为：低温阶段，KOH与原料中的碳及烃类发生脱水反应，再对原料进行加热，反应的进行和温度升高，产生的水分子进入碳的孔道中，并进一步发生水煤气反应，形成少量的CO、CO2、H2等气体，另外还可能存在少量的CH4，活化是指生物质原材料或前驱体与活化剂之间发生的反应。随着反应的进行，材料表面不断产生新的孔隙，原有的孔隙也会进一步扩大，甚至孔隙之间进行合并，致使材料的孔隙结构更加复杂。
[0016]优选的，S3中所述纳米粉碎采用球磨机，增大颗粒的比表面积，粒子细微均匀，比表面积增加，孔隙率增大，能更好地分散提高了利用度。
[0017](三)有益效果
[0018]本专利技术提供了一种钠离子电池负极材料的制备方法。具备以下有益效果：
[0019]通过柚子皮、花生壳、玉米秸秆的第一碳源、沥青的第二碳源，经过真空碳化，得到硬碳负极材料，由于硬碳负极材料在提升电池储能性能、改善安全、降低成本等方面发挥了重大作用。
具体实施方式
[0020]对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]实施例一：
[0022]本专利技术实施例提供一种钠离子电池负极材料的制备方法，包括，S1.选取柚子皮、花生壳、玉米秸秆且质量分数为1：1：2，钠离子电池的储钠机理大致分为两种，分别为在电极材料表面的吸脱附以及在石墨微晶中的嵌入，以H3PO4为活化剂，柚子皮为原料，直接活化碳化法制备了多孔碳材料，经过KOH活化碳化并进行高温裂解，生物质衍生多孔碳材料因其比表面积大、孔结构复杂以及导电性优良的特性，被广泛用作超级电容器、锂离子电池和钠离子电池等新型储能器件的电极材料，KOH活化碳化过程为：低温阶段，KOH与原料中的碳及烃类发生脱水反应，再对原料进行加热，反应的进行和温度升高，产生的水分子进入碳的孔道中，并进一步发生水煤气反应，形成少量的CO、CO2、H2等气体，另外还可能存在少量的CH4，钠离子电池与锂离子电池储能机理大致相同，主要是通过离子在电极材料上的嵌入和脱出来实现，但是由于钠离子的半径大于石墨层间距，可以作为锂离子电池负极材料的石墨却不能作钠离子电池的负极材料，活化是指生物质原材料或前驱体与活化剂之间发生的反应，随着反应的进行，材料表面不断产生新的孔隙，原有的孔隙也会进一步扩大，甚至孔
隙之间进行合并，致使材料的孔隙结构更加复杂，得到第一碳源，第一碳源与电解液充分接触，为钠离子在材料内部的传输提供了通道和更多的嵌钠位点，生物质来源广泛、绿色环保，并且本身就具有丰富的杂原子和独特的微观结构，可以作为制备硬碳的前驱体，嵌钠性能与材料独特的孔结构密切相关，钠离子在材料内部的传输提供了通道和更多的嵌钠位点，材料的丰富孔道结构有助于提升材料的嵌钠容量和循环稳定性，并表现出优异的倍率和循环性能，为钠离子的存储提供了活性位点，提升了储钠容量，而介孔和大孔的存在则缩短了钠离子的输运距离，提升了钠离子的迁移速率，S2.选取沥青，并将沥青利用交联剂将沥青进行交联，改变其微观结构，在热解碳化过程中阻碍石墨微晶的长大，进行固相碳化，即可得到硬碳材料，得第二碳源，沥青在碳化过程中易于石墨化形成类石墨结构，S3.选取第一碳源、第二碳源以1：1的比例进行缓混合，并进行粉碎至5
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10纳米的直径，得到硬碳前驱体，称取量为换算值的20％
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25％的硫，即在粉末研磨前本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括：S1.选取柚子皮、花生壳、玉米秸秆且质量分数为1:1:2
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5，经过KOH活化碳化并进行高温裂解，得到第一碳源；S2.选取沥青，并将沥青利用交联剂将沥青进行交联，改变其微观结构，在热解碳化过程中阻碍石墨微晶的长大，进行固相碳化，即可得到硬碳材料，得第二碳源；S3.选取第一碳源、第二碳源以1：1
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2的比例进行缓混合，并进行粉碎至5
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10纳米的直径，得到硬碳前驱体；S4.将硬碳前驱体在5
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10pa的真空度条件下，以2℃/min的升温速率升温至750℃并保温5h，完成炭化，然后自然冷却至室温，即制得硬碳负极原材料；S5.称取硬碳负极原材料重量10％的淀粉与2％重量的炭黑加入搅拌机中，调节搅拌转速为500r/min，搅拌1h后，将混合物置于马弗炉中，设置温度为300℃保温5h进行稳定化处理，将稳定化后的样品放入炭化炉中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞峰，蔡永清，高阿兵，吴小强，何天丰，
申请(专利权)人：福建省鑫森炭业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：