【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钠电池，具体涉及一种氮磷共掺杂负极材料及其制备方法、负极和电池。
技术介绍
1、椰壳具备木质素、半纤维素和纤维素良好的组分平衡，这为高温热解形成良好的孔径结构提供了基础。由于其具备比较好的孔隙结构和较大的表面积，因此一直被认为是最佳的硬碳材料来源。
2、磷基材料也面临着诸多问题：(1)在嵌钠过程中生成na3p金属化合物会严重的膨胀导致颗粒从表面脱落导致容量急剧下降；(2)磷的导电性仅为1×10-14scm-1，这使其倍率性能并不优秀；(3)其会生成并不稳定的sei膜，一方面过度消耗活性钠离子，也大幅降低了首次库仑效率(ice)。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种氮磷共掺杂负极材料及其制备方法、电池负极和电池。
2、为达到上述目的，本专利技术提供一种氮磷共掺杂负极材料的制备方法，其包括如下步骤：
3、s1：对椰子壳进行预处理，得到干燥的椰子壳粉末；
4、s2：在二氧化碳氛围下加热所述椰子壳粉末，使其进行预碳化，时间为0.5-5h，得到热解炭；
5、s3：将热解碳与磷源放入球磨罐中，按1-10:0.1的质量比球磨，得到碳磷混合物；
6、s4：将所述碳磷混合物与树脂、碳源、氮源在溶剂中混合，并静置，得到复合颗粒；其中，碳磷混合物、树脂、碳源、氮源的质量比为1-2：0.2-0.5：0.01-0.02：0.5-1，更优选为1：0.2：0.01：1；
7、s5：在
8、在s4的静置过程中，氮磷化合物与热解碳基体相接触，同时树脂黏附在这些颗粒表面，形成复合颗粒。
9、根据本专利技术的具体实施方式，优选地，s2中，所述预碳化的温度为400-700℃，时间为0.5-5h。
10、本专利技术提供了一种核壳式结构的碳材料，这种材料最内层是多孔碳，在其中加入红磷作为提高比容量的活性物质，将椰子壳碳和磷源共同研磨使磷源分散分布在硬碳内部的孔隙内，之后加入热塑性树脂作为外壳，通过热解法形成了一种核壳式的负极结构。
11、为了提升材料的倍率性能，本专利技术还在热解时加入尿素等氮源，使氮元素进入碳骨架中，氮的加入一方面可以提供额外的电子，使得费米能级负极的态密度增加，进而增加导电性，同时也可以制造缺陷位点，进一步提升容量。同时，本专利技术还加入碳纳米管，制备了氮掺杂的碳纤维导电系统，使得核壳式结构材料具备极好的导电能力。
12、根据本专利技术的具体实施方式，优选地，预碳化时通入的二氧化碳的流量为0.1-1l/min。
13、根据本专利技术的具体实施方式，优选地，s3中，球磨时间为1-10h；更优选的，将预碳化材料与红磷按1-10:0.1放入球磨机中以100-500r/min的转速研磨1-10h。
14、根据本专利技术的具体实施方式，优选地，s4中，静置时的温度为50-100℃，静置时间为6-24h。
15、根据本专利技术的具体实施方式，优选地，所述碳源包括椰子壳、秸秆、稻谷、树叶中的一种或两种以上的组合。
16、根据本专利技术的具体实施方式，优选地，所述树脂包括酚醛树脂、环氧树脂、聚亚酰胺树脂中的一种或两种以上的组合。
17、根据本专利技术的具体实施方式，优选地，所述氮源包括尿素、三聚氰胺、氨水、硝酸铵中的一种或两种以上的组合。
18、根据本专利技术的具体实施方式，优选地，所述磷源包括红磷、磷酸、次磷酸、五氧化二磷中的一种或两种以上的组合。
19、根据本专利技术的具体实施方式，优选地，所述溶剂为乙醇。
20、根据本专利技术的具体实施方式，优选地，s5中，焙烧温度为1000-1600℃，焙烧时间为1-3h。
21、根据本专利技术的具体实施方式，优选地，s1的预处理包括：对椰子壳依次进行清洗、切割、干燥和研磨；
22、根据本专利技术的具体实施方式，优选地，s1中干燥温度为80-120℃，干燥时间为6-24h。
23、根据本专利技术的具体实施方式，优选地，s5还包括：对焙烧后的样品进行清洗和干燥，清洗过程包括碱洗、酸洗以及溶剂洗。
24、根据本专利技术的具体实施方式，优选地，碱洗使用的试剂包括氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化锶中的至少一种。
25、根据本专利技术的具体实施方式，优选地，酸洗使用的试剂包括盐酸、氢氟酸、硝酸中的至少一种。
26、根据本专利技术的具体实施方式，优选地，溶剂洗使用的试剂包括乙醇和/或丙酮。
27、根据本专利技术的具体实施方式，优选地，氮磷共掺杂负极材料的制备方法包括如下步骤：
28、将从外界获得的椰壳用清水洗净，去除表面上残留的污泥和杂质；
29、再将椰壳切碎成为拇指大小水平，加工晾晒的椰壳片放入鼓风干燥箱中，在60℃-200℃之间进行烘干，优选地在120℃的温度下烘干4-6个小时
30、将烘干的椰子壳用研磨机研磨成为粉末，在通入二氧化碳的情况下(二氧化碳的流量为0.1-1l/min)，通过加热碳化的方式，在400-800℃、优选地600℃下先进行预碳化，时间为0.5-5h，去除里面的焦油并部分碳化，得到热解碳；
31、将预碳化的热解炭冷却后浸泡在一定浓度的稀硝酸中浸泡，时间约在12-24小时，优选为14小时，使其内部杂质充分反应溶解；
32、将预碳化的热解炭从溶液中过滤出来，并用清水洗涤直至溶液ph为7为止；
33、将清洗后的热解碳与红磷按1-10:0.1的质量比放入球磨机中，以300r/min的转速研磨1-10h，得到碳磷混合物；
34、将碳磷混合物、酚醛树脂、cnt、尿素按质量比1:0.2：0.01：1的比例放入烧杯并加入适量乙醇，搅拌1h之后放入烘箱，60℃过夜，然后干燥；
35、将干燥好的材料放入管式炉中以5°或10℃/min升温到1000-1600℃，优选为1200℃，保温两个小时，在保温全过程通入氩气使材料处在惰性环境；
36、将热解炭取出后碱洗、酸洗以及乙醇洗，去除内部残留的杂质与残留在表面的有机官能团，过滤烘干，所得样品即为氮磷共掺杂负极材料。
37、本专利技术还提供一种氮磷共掺杂负极材料，其由上述氮磷共掺杂负极材料的制备方法得到。
38、根据本专利技术的具体实施方式，优选地，所述氮磷共掺杂负极材料具有核壳结构。
39、本专利技术还提供一种电池负极，其由上述氮磷共掺杂负极材料制备被而成；
40、根据本专利技术的具体实施方式，优选地，所述电池负极的制备方法包括如下步骤：
41、将所述氮磷共掺杂负极材料、导电剂、粘结剂以6-9:0.5-2:0.5-2，更优选为8:1:1的质量比混合，并加入溶剂调成浆液，涂覆于载片表面并烘干，剪裁后得到所述电池负极。
42、上述电池负极中，优选地，所述导电剂选自炭黑superp、碳本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氮磷共掺杂负极材料的制备方法，其包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其中，S2中，所述预碳化的温度为400-700℃，时间为0.5-5h；
3.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其中，S3中，球磨时间为1-10h；
4.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其中，所述碳源包括椰子壳、秸秆、稻谷、树叶中的一种或两种以上的组合；
5.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其中，S5中，焙烧温度为1000-1600℃，焙烧时间为1-3h。
6.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其中，S1的预处理包括：对椰子壳依次进行清洗、切割、干燥和研磨；
7.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其中，S5还包括：对焙烧后的样品进行清洗和干燥，清洗过程包括碱洗、酸洗以及溶剂洗；
8.一种氮磷共掺杂负极材料，其由权利要求1-7任一项所述的氮磷共掺杂负极材料的制备方法得到；
9.一种电池负极，其由权利要求8所述的氮磷共掺杂负极材料制备被而成；
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...【技术特征摘要】
1.一种氮磷共掺杂负极材料的制备方法，其包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其中，s2中，所述预碳化的温度为400-700℃，时间为0.5-5h；
3.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其中，s3中，球磨时间为1-10h；
4.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其中，所述碳源包括椰子壳、秸秆、稻谷、树叶中的一种或两种以上的组合；
5.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其中，s5中，焙烧温度为1000-1600℃，焙烧时间为1-3h。
...【专利技术属性】
技术研发人员：王炯辉，张喜，王斌，成洪宽，于嗣东，
申请(专利权)人：中国五矿集团黑龙江石墨产业有限公司，
类型：发明
国别省市：
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