一种硬碳材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及钠离子电池技术领域，尤其是涉及一种硬碳材料及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
一种硬碳材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，尤其是涉及一种硬碳材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为一种广泛使用的电化学储能器件，随着新能源汽车
、
便携性电子设备以及大规模储能技术的发展，需求量与日俱增，同时也带动了锂需求量的增加和价格的提升，进一步加剧锂资源的高成本和稀缺性等问题；因此，需要寻找替代或备选储能技术
。
在锂电池潜在的诸多取代者中，钠离子电池因其具有丰富的储量
、
低廉的成本
、
较高的安全性等优点而备受关注
。
[0003]在钠离子电池中，碳基材料因为具有来源广泛
、
资源丰富
、
结构多样和寿命长等优势而成为研究储钠负极材料的首选目标
。
其中，石墨材料作为钠离子电池负极材料难以形成钠插入石墨化合物，只有少量的
Na
+
可以储存在石墨中，导致可逆容量被抑制；与石墨相比，非石墨化硬碳和可石墨化软碳作为钠离子电池的阳极材料容量较高，引起了更多的关注；其中，软碳材料在钠离子发生嵌脱反应的时候容易引起层间距的改变，且可石墨化软碳在高温下容易石墨化，层间距会减小，降低材料的储钠能力；而硬碳材料的硬碳层间距大，拥有较多的缺陷
、
空位，具有较高的储钠能力
。
[0004]硬碳材料分为沥青基
、
生物基和树脂基三种
。
其中，沥青基硬碳原材料获得渠道广，造价低廉，但首效性能以及能量密度方面表现一般
。
以生物质基作为前驱体的硬碳材料，具有工艺成熟
、
性能优越
、
一致性尚可等特点，但成本相对较高
。
树脂基硬碳材料性能可靠
、
一致性达标，杂质相对较少，但原材料成本高；常规树脂类硬碳，如采用酚醛树脂制得的硬碳材料价格高，难以满足钠电负极硬碳的需求
。
因此，需要寻找一种低成本，高性能
、
且批次稳定的钠电硬碳材料
。
[0005]有鉴于此，特提出本专利技术
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的第一目的在于提供一种硬碳材料的制备方法，采用单一的古马隆树脂为原料即可制得高性能的硬碳材料，原料简单易得，大幅度降低了生产成本
。
[0007]本专利技术的第二目的在于提供一种硬碳材料，价钱低廉，且具有优异的首效性能
、
容量性能和容量保持率
。
[0008]本专利技术的第三目的在于提供一种负极极片，包括采用如上所述的硬碳材料
。
[0009]本专利技术的第四目的在于提供一种钠离子电池，包括采用如上所述的负极极片
。
[0010]为了实现本专利技术的上述目的，采用以下技术方案：
[0011]本专利技术提供了一种硬碳材料的制备方法，包括如下步骤：
[0012]古马隆树脂依次进行预氧化处理
、
粉碎
、
碳化和匀速降温处理后得到所述硬碳材料
。
[0013]进一步地，所述古马隆树脂的软化点为
75
～
135℃
，残炭量为5％～
12
％
。
[0014]进一步地，所述预氧化处理包括：在含氧气氛下，将所述古马隆树脂在
280
～
410℃
保温处理1～
48h
，冷却后得到物料
I。
[0015]优选地，所述预氧化处理的升温速率为1～
10℃/min。
[0016]进一步地，所述含氧气氛中，氧气的含量
≥50
％
。
[0017]进一步地，所述粉碎包括：将所述物料
I
进行粉碎，得到
D50
为
12
～
16
μ
m
的物料
II。
[0018]进一步地，所述碳化包括：在惰性气氛下，将所述物料
II
在
1300
～
1550℃
保温处理2～
12h
，得到物料
III。
[0019]优选地，所述碳化的升温速率为3～
15℃/min。
[0020]进一步地，所述匀速降温处理包括：将所述物料
III
以1～
10℃/min
的速率匀速降温至
25℃
以下，得到所述硬碳材料
。
[0021]本专利技术还提供了一种硬碳材料，采用如上所述的硬碳材料的制备方法制得
。
[0022]本专利技术还提供了一种负极极片，包括如上所述的硬碳材料
。
[0023]本专利技术还提供了一种钠离子电池，包括如上所述的负极极片
。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0025]本专利技术的硬碳材料的制备方法，将古马隆树脂依次进行预氧化处理
、
粉碎
、
碳化和匀速降温处理后得到硬碳材料；该方法以单一的古马隆树脂为原料，无需添加其他的组分，原料简单易得，大幅度降低了生产成本；并且，制得的硬碳材料具有优异的首效性能
、
容量性能和容量保持率，将其用于钠离子电池的负极材料，可进一步降低电池的生产成本，赋予电池优异的倍率性能和循环性能；为钠电硬碳大规模制备提供了一种工业化借鉴方法
。
具体实施方式
[0026]下面将结合具体实施方式对本专利技术的技术方案进行清楚
、
完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围
。
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
。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行
。
所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品
。
[0027]下面对本专利技术实施例的一种硬碳材料及其制备方法和应用进行具体说明
。
[0028]在本专利技术的一些实施方式中提供了一种硬碳材料的制备方法，包括如下步骤：
[0029]古马隆树脂依次进行预氧化处理
、
粉碎
、
碳化和匀速降温处理后得到硬碳材料
。
[0030]古马隆树脂，又叫苯并呋喃
‑
茚树脂，产品外观为黄色
、
褐色或黑色块状固体，亦可为黄色液体的形式；其合成可由古马隆单体
(
苯并呋喃
)
聚合而成，也可以由石油本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种硬碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：古马隆树脂依次进行预氧化处理
、
粉碎
、
碳化和匀速降温处理后得到所述硬碳材料
。2.
根据权利要求1所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述古马隆树脂的软化点为
75
～
135℃
，残炭量为5％～
12
％
。3.
根据权利要求1所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述预氧化处理包括：在含氧气氛下，将所述古马隆树脂在
280
～
410℃
保温处理1～
48h
，冷却后得到物料
I
；优选地，所述预氧化处理的升温速率为1～
10℃/min。4.
根据权利要求3所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述含氧气氛中，氧气的含量
≥50
％
。5.
根据权利要求3所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述粉碎包括：将所述物料
I
进行粉碎，得到
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑军华，马勇，胡涛，王宁，胡波剑，李云明，苗力孝，高飞，张放南，杨红新，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：