【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钠离子电池，具体涉及一种钠电用煤基硬炭负极材料及其制备方法和钠离子电池。
技术介绍
1、煤炭一直是我国的主要能源与重要工业原料，是国家能源安全的压舱石。煤炭资源的材料化利用直接关系国家经济命脉和能源安全，是国家“大能源战略”的重要组成。目前，全球能源绿色低碳转型意味着能源系统从燃料密集型向材料密集型转变，故开发煤炭的绿色化、高值化发展显得尤为必要。煤炭是由是由稠环芳烃分子结构作为骨架，烷基链状结构作为填充，进而形成的复杂三维交联网络结构天然材料，独特的分子结构赋予了其天然的“高反应活性”属性。以煤炭为原料开发煤基炭材料具有巨大的潜力，尤其在钠电用煤基硬炭负极材料方面。
2、现如今，以煤炭为原料开发的煤基硬炭负极材料多集中在直接炭化、水热氧化以及共炭化等方面，如cn113381013a公开了一种钠离子电池煤基硬炭负极材料及其制备方法和应用，该方法首先对原料煤进行脱灰处理得到炭前驱体，然后将所述炭前驱体置于惰性气氛中高温炭化，程序降温后得到煤基硬炭材料。该方法通过自身的n/o/s等异元素调控硬炭的结构，仅改变了硬炭的微晶、无序度、缺陷结构，并不能形成钠离子的快速迁移的通道，对钠离子的快充能力提升较弱。cn111293309a公开了一种煤基钠离子电池负极材料的性能改进方法及应用，该方法将粉焦与煤焦粉的混合物热处理制得硬炭材料。该方法将软炭类前驱体包覆在煤基硬炭表面以改善加工性能和电化学性质，软炭前驱体影响了硬炭的表面结构稳定性，并没有对硬炭内部的结构产生影响，故其在倍充方面提升有限。cn116553521a公
3、综上所述，亟需开发一种低成本、安全、高倍率性能的煤基硬炭钠电负极材料，以满足目前动力车领域对钠离子电池的需求。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种钠电用煤基硬炭负极材料及其制备方法和钠离子电池。本专利技术提供了一种低成本、安全可靠的制备方法，该方法避免了煤直接炭化形成软炭的路径，而是借助羧酸盐的活化与煤交联的协同作用，精确调控煤内部稠环芳烃分子的结构，从而形成硬炭“纸牌屋“构型，使煤基硬炭内部具有不同结构的孔道及适宜的碳层间距，有效加快了钠离子在煤基硬炭中的快速迁移速度，展现出优异的钠离子电池快充能力，满足了目前动力车领域对钠离子电池的需求。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种钠电用煤基硬炭负极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
4、(1)将原料煤和羧酸盐共混，得到混合料，然后对所述混合料进行预炭化处理，得到预炭化料；
5、(2)对所述预炭化料进行高温炭化，分级处理后得到所述钠电用煤基硬炭负极材料。
6、本专利技术提供了一种低成本、安全可靠的制备方法，该方法避免了煤直接炭化形成软炭的路径，而是在预炭化的过程中，借助羧酸盐的活化与煤交联的协同作用，精确调控煤内部稠环芳烃分子的结构，从而形成硬炭“纸牌屋”构型，使煤基硬炭内部具有不同结构的孔道及适宜的d002碳层间距，有效加快了钠离子在煤基硬炭中的快速迁移速度，展现出优异的钠离子电池快充能力，满足了目前动力车领域对钠离子电池的需求。
7、本专利技术提供的制备方法工艺简单，易于工业放大进行，避免了粉尘氧化燃爆的安全问题。此外，在该方法的整个过程中不存在副产物的产生，大幅度提升了硬炭的收率。
8、作为本专利技术一种优选的技术方案，步骤(1)所述原料煤和羧酸盐共混之前，先对原料煤和羧酸盐进行破碎处理。
9、需要说明的是，本专利技术对破碎处理的方式不作限定，示例性的，例如可以是粉碎处理。
10、优选地，步骤(1)所述原料煤的粒径d50为5-50μm，例如可以是5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm或50μm等，优选为5-10μm。
11、优选地，步骤(1)所述羧酸盐的粒径d50为5-100μm，例如可以是5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm等，优选为5-20μm。
12、作为本专利技术一种优选的技术方案，步骤(1)所述原料煤包括无烟煤、贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气煤、弱黏煤、不黏煤、长焰煤或褐煤中的任意一种或至少两种的组合。
13、优选地，步骤(1)所述羧酸盐包括柠檬酸盐、海藻酸盐、碳酸盐、乙酸盐或醋酸盐中的任意一种或至少两种的组合。
14、优选地，步骤(1)所述羧酸盐中的阳离子包括钾离子和/或钠离子。
15、优选地，所述柠檬酸盐包括柠檬酸钠、柠檬酸钾或柠檬酸锌中的任意一种或至少两种的组合。
16、优选地，所述海藻酸盐包括海藻酸钾和/或海藻酸钠。
17、优选地，所述碳酸盐包括碳酸钾和/或碳酸钠。
18、优选地，所述乙酸盐包括乙酸钠和/或乙酸钾。
19、优选地，所述醋酸盐包括醋酸钠和/或醋酸钾。
20、优选地，步骤(1)所述原料煤和羧酸盐的质量比为(2-20):1，例如可以是2:1、5:1、10:1、15:1或20:1等。
21、本专利技术中，若原料煤和羧酸盐的质量比过大，即羧酸盐的用量过少，则对原料煤的交联作用较小，且原料煤内部的孔道多为半开放孔，硬炭负极材料的容量较低，倍率性能较差；若羧酸盐和原料煤的质量比过小，即羧酸盐的用量过多，则对原料煤的活化造孔作用明显，使其内部形成更多的孔道和高的比表面积，造成硬炭负极材料的首效降低，容量性能变差。
22、作为本专利技术一种优选的技术方案，步骤(1)所述共混的过程中伴有搅拌，所述搅拌的速率为20-1000rpm，例如可以是20rpm、50rpm、100rpm、300rpm、500rpm、700rpm或900rpm等。
23、优选地，步骤(1)所述共混的时间为0.5-5h，例如可以是0.5h、1h、2h、3h、4h或5h等。
24、作为本专利技术一种优选的技术方案，步骤(1)所述预炭化处理在惰性气氛中进行。
25、需要说明的是，本专利技术对惰性气氛中的气体不作限定，示例性的，例如可以是氩气或氮气等。
26、优选地，步骤(1)所述预炭化处理的温度为600-850℃，例如可以是600℃、650℃、700℃、750℃、800℃或850℃等，预炭化处理的时间为1-5h，例如可以是1h、2h、3h、4h或5h等。
27、本专利技术中，若预炭化处理的温度过低，则羧酸盐与原料煤之间几乎不发生交联和活化的作用；若预炭化处理的温度过高，则羧酸盐对原料煤的活化造孔作用剧烈，交联作用较低，大量的碳以气体形式逸出本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钠电用煤基硬炭负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述原料煤和羧酸盐共混之前，先对原料煤和羧酸盐进行破碎处理；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述原料煤包括无烟煤、贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气煤、弱黏煤、不黏煤、长焰煤或褐煤中的任意一种或至少两种的组合；
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述共混的过程中伴有搅拌，所述搅拌的速率为20-1000rpm；
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述预炭化处理在惰性气氛中进行；
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述预炭化料进行高温炭化之前，先对预炭化料进行前处理，所述前处理的步骤包括水洗和干燥。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述高温炭化的过程在惰性气氛中进行；
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特
9.一种钠电用煤基硬炭负极材料，其特征在于，所述钠电用煤基硬炭负极材料采用如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。
10.一种钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池的负极中包括如权利要求9所述的钠电用煤基硬炭负极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种钠电用煤基硬炭负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述原料煤和羧酸盐共混之前，先对原料煤和羧酸盐进行破碎处理；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述原料煤包括无烟煤、贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气煤、弱黏煤、不黏煤、长焰煤或褐煤中的任意一种或至少两种的组合；
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述共混的过程中伴有搅拌，所述搅拌的速率为20-1000rpm；
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述预炭化处理在惰性气...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈景鹏，王志坚，戴化震，孔庆强，陈成猛，
申请(专利权)人：国科炭美新材料湖州有限公司，
类型：发明
国别省市：
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