【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钠离子电池，具体涉及碳负极材料的制备，特别是涉及高倍率钠离子储存及空心碳材料的可控制备。
技术介绍
1、具有丰富钠天然储备的钠离子电池(sibs)被视为更有前途的替代储能体系。由于钠离子较大的体积，负极材料的结构稳定性对钠离子的嵌入/脱出至关重要。目前，对于硬碳在储钠领域的研究大多集中于醚类电解液，虽然在低电流密度下，能够表现出较为优异的储钠性能，但醚类电解液较高的挥发性与易燃性，大大降低了电池的安全性。同时，常用醚类电解液具有较窄的工作电压区间(约3.6v vs.na/na+)。这在一定程度上会限制电池在实际应用中的能量输出。然而，碳材料在酯类电解液中的储钠仍面临容量低(<200mah/g)、倍率性能差及循环稳定性不佳等问题。
技术实现思路
1、本专利技术目的是解决碳负极材料在酯类电解液中对钠离子储存比容量低、循环寿命短、倍率性能不足的问题，提出了氮化碳/纳米空心碳球复合材料的制备方法及其在快速储钠负极中的应用。
2、空心结构的空心碳球具有比表面积大、结构稳定、含氮量高等优点。表面原位生成的氮化碳惰性层具有屏蔽含氧官能团的效果，进而减少了循环中材料与电解液的副反应。诱导了坚固、厚度均匀的固态电解质界面层sei。同时氮化碳能够加速na+在电极界面处的去溶剂化，进而提高了电化学反应动力学。所制备的材料具备优异的倍率性能的同时，兼具高放电容量和超长循环寿命。
3、本专利技术的技术方案：
4、氮化碳/纳米空心碳球(hsc@cn)复合
5、(1)ppy/pmma前驱体的制备：将吡咯单体(py)和商用聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)模板剂在溶剂中混合均匀，混合2～4h后获得前驱液，按着py单体与氧化剂的质量比为1：3.5～4加入氧化剂，反应3～5h，聚合过程温度保持在3～5℃；用去离子水和乙醇交替抽滤洗涤多次，后置于鼓风干燥箱中烘干，烘干温度为60～80℃，得到ppy/pmma前驱体。
6、(2)将步骤(1)中干燥所得ppy/pmma前驱体放入管式炉中，惰性气体环境下600～800℃热处理2～3h即得聚吡咯衍生空心碳球(ppy-hsc)。
7、(3)将步骤(2)中所得碳化产物空心碳球ppy-hsc与制备氮化碳惰性层的原料按照质量比为1：0.25～0.5充分混合研磨后，置于真空状态下400～500℃热处理2～3h，使制备氮化碳惰性层的原料热解产生的氮化碳原位包覆在空心碳球表面形成惰性层，得到氮化碳/纳米空心碳球hsc@cn复合材料。
8、具体的，步骤(1)中，所述聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)与吡咯单体(py)的质量比为1：2～3，所述氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾中的一种，所述溶剂为去离子水或乙醇，前驱液中py单体和pmma模板剂的总浓度为7g/l～10g/l。
9、步骤(2)中，所述惰性气体可以是氮气或氩气。
10、步骤(3)中，制备氮化碳惰性层的原料可以是双氰胺、尿素、三聚氰胺中的一种，所述热处理升温速率为2～4℃/min。
11、本专利技术同时提供了hsc@cn在快速储钠负极中的应用，方法如下：
12、电池组装：将最终目标产物氮化碳/纳米空心碳球hsc@cn复合材料、导电碳黑(super p)和聚偏氟乙烯(pvdf)按照质量比为8：1：1在n-甲基吡咯烷酮(nmp)中混合1～2h至完全均匀制得浆料，并将其刮涂在集流体铝箔上，涂覆厚度为150-200μm，放入鼓风干燥箱中在120℃下干燥8～10h，得到极片。将极片用裁片机裁成直径为10mm的圆片电极，进而转移进入充氩手套箱内并选用cr2023型扣式电池与直径为12mm的金属钠片组成两电极体系，探究不同条件下的电化学性能。
13、本专利技术的优点和有益效果：
14、本专利技术制备步骤简单，原料易得且产碳率高，适合大规模生产，具有很好的重复性。在碳化条件方面，本专利技术也具备显著优势：当以生物质为原料制备储钠硬碳时，需要1000℃以上的长时间碳化，而本专利技术中所选聚吡咯的碳化温度明显较低(550℃以上即可碳化)，更加节能环保。同时，选用熔点较低、价格低廉的pmma模板，在碳化过程中即可除去，无需后续强酸强碱的反复洗涤，在一定程度上可以减少污染并提升制备过程中的安全性。表面原位生成的氮化碳惰性保护层为有序结构，既可以阻止副反应的不断进行，还可以促进na+的脱溶剂化，为超长循环及优异的倍率性能打下了坚实的基础。
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1.氮化碳/纳米空心碳球(HSC@CN)复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：
2.根据权利要求1所述氮化碳/纳米空心碳球复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)与吡咯Py单体的质量比为1：2～3，前驱液中Py单体和PMMA模板剂的总浓度为7g/L～10g/L，所述溶剂为去离子水或乙醇。
3.根据权利要求1所述氮化碳/纳米空心碳球复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾中的一种，Py单体与氧化剂的质量比为1：3.5～4。
4.根据权利要求1所述氮化碳/纳米空心碳球复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述惰性气体为氮气或氩气。
5.根据权利要求1所述氮化碳/纳米空心碳球复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，制备氮化碳惰性层的原料为双氰胺、尿素或三聚氰胺中的一种，所述热处理升温速率为2～4℃/min。
6.权利要求1-5任一项所述方法制备的氮化碳/纳米空心碳球复合材料在快速储钠负极中的应用。
【技术特征摘要】
1.氮化碳/纳米空心碳球(hsc@cn)复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：
2.根据权利要求1所述氮化碳/纳米空心碳球复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)与吡咯py单体的质量比为1：2～3，前驱液中py单体和pmma模板剂的总浓度为7g/l～10g/l，所述溶剂为去离子水或乙醇。
3.根据权利要求1所述氮化碳/纳米空心碳球复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾中的一种...
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