【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电池，具体涉及一种具有片层结构的硬碳材料。
技术介绍
1、目前，锂离子电池在3c类消费电子产品、新能源电动汽车以及可再生能源储存等领域得以广泛应用。有限的锂资源、不平衡分布及其高成本，不利于其在储能领域的规模化应用。同时，商业化的锂离子电池石墨负极因其结构特性阻碍了循环性能和倍率性能的进一步提升。钠离子电池具有与锂离子电池类似的储能机制，因兼具资源丰富、成本低廉等优势，有望替代锂离子电池产品。
2、为了进一步降低钠离子电池的成本，需要寻找高比容量的负极材料。硬炭是具有随机取向的石墨域，较高的碳层间距和一些残留的杂原子（主要是氧官能团为主）的无序结构炭能够提供更多的钠离子扩散路径和钠离子储存位点，是钠离子电池负极的最佳选择。二维(2d)硬碳材料呈现出具有无限平面长度的薄层结构，这有利于na离子的吸附，增加电极与电解质的接触面积，能有效减少na离子的扩散距离。但二维(2d)硬碳材料的首效（首次库伦效率）较低。因此构建新型高首效新型片层结构硬碳是二维(2d)硬碳材料的首要任务。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种具有片层结构的硬碳材料。该硬碳材料具有高首效的优势。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种具有片层结构的硬碳材料，该硬碳材料包括硬碳基体以及包覆于硬碳基体表面的碳层；
4、硬碳基体包括甲壳素基硬碳材料，甲壳素基硬碳材料具有层叠设置的片层结构，甲壳素基硬
5、作为优选，硬碳材料的闭孔率为5%～30%。
6、作为优选，片层结构的层数≥2。
7、在本专利技术实施方案中，闭孔结构的个数≥1。
8、作为优选，闭孔结构的孔径为0.1～3 nm。
9、作为优选，硬碳材料的比表面积为8～15 m2/g。
10、作为优选，碳层的厚度为2～5 nm。
11、作为优选，硬碳材料的粒径为5～10μm。
12、第二方面，本专利技术提供了上述硬碳材料的制备方法，包括如下步骤：
13、s1，在惰性气体氛围中，对甲壳素进行第一碳化处理，经第一球磨处理后，得到第一产物；
14、s2，将第一产物和固化后的树脂混合，得到混合物；
15、在惰性气体氛围中，对混合物进行第二碳化处理，得到第二产物；
16、s3，将第二产物过筛，得到第三产物；
17、将第三产物进行酸洗，经第二球磨处理后，得到硬碳材料。
18、作为优选，步骤s1中，第一碳化处理的加热温度为500~900℃，保温时间为1~10 h。
19、作为优选，第一碳化处理的升温速度为0.1~10℃/min。
20、作为优选，步骤s2中，固化后的树脂的固化度不小于95%，粒径不小于2mm，固碳率不小于40%。
21、作为优选，第一产物与固化后的树脂的质量比为1:（0.25～3）。
22、作为优选，第一产物与固化后的树脂的质量比为1:（0.5～2）。
23、作为优选，步骤s2中，第二碳化处理的加热温度为1200~1500℃，保温时间为1~10h。
24、作为优选，第二碳化处理的升温速度为0.1~10℃/min。
25、第三方面，本专利技术提供了一种负极极片，该负极极片包括上述硬碳材料，和/或由上述制备方法制得的硬碳材料。
26、第四方面，本专利技术提供了一种钠离子电池，该钠离子电池包括上述负极极片。
27、与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果为：
28、本专利技术以甲壳素为前驱体，固化后的树脂为造孔剂和包覆剂，通过简单的热解以及筛分，可获得高首效新型片层结构硬碳材料。
29、一方面，甲壳素是由n–乙酰–2–氨基–d葡萄糖的单元结构通过β–1,4糖苷键连接而成的天然线性高分子化合物，拥有大量的氮元素（n），不仅可以提高碳材料的导电性，还可以增加碳材料与钠离子的反应活性位点，使其获得优异的电化学性能。另一方面，甲壳素呈现天然的片层结构，甲壳素经过碳化后得到的二维(2d)硬碳材料呈现出层层分明的片层结构，该片层结构由甲壳素纳米纤维交织而成，这不仅有利于na离子的吸附，而且在嵌、脱钠的充放电过程中结构变化小，有利于na+迁移的稳定性，增加电极与电解质的接触面积，能有效减少na离子的扩散距离。因此，甲壳素碳具有导电性高、活性面积大以及较低的接触电阻的优势，可以实现高效的电荷传输，从而具有高容量、高循环稳定性。
30、同时，固化后的树脂（固化度不小于95%）在碳化过程中会产生co、co2和烷烃类气体。其中，co、co2具有造孔功能，使得甲壳素基硬碳材料产生开孔结构，随着碳化的进行，甲壳素基硬碳材料发生c重排和闭孔结构，可提高甲壳素基硬碳材料的石墨化程度，从而提高甲壳素基硬碳材料的容量。产生的烷烃类气体可在甲壳素基硬碳材料表面沉积，形成一层碳层，从而降低硬碳材料的比表面积，减少电解液与硬碳表面的副反应，可有效提高首效。
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1.一种具有片层结构的硬碳材料，其特征在于，所述硬碳材料包括硬碳基体以及包覆于所述硬碳基体表面的碳层；
2.根据权利要求1所述的硬碳材料，其特征在于，所述硬碳材料的闭孔率为5%～30%；
3.根据权利要求1或2所述的硬碳材料，其特征在于，所述碳层的厚度为2～5 nm；
4.权利要求1至3中任一项所述硬碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述第一碳化处理的加热温度为500~900℃，保温时间为1~10 h；
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述固化后的树脂的固化度不小于95%，粒径不小于2mm，固碳率不小于40%。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一产物与所述固化后的树脂的质量比为1:（0.25～3）。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述第二碳化处理的加热温度为1200~1500℃，保温时间为1~10 h；
9.一种负极极片，其特征在于，所述负极极
10.一种钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池包括权利要求9所述的负极极片。
...【技术特征摘要】
1.一种具有片层结构的硬碳材料，其特征在于，所述硬碳材料包括硬碳基体以及包覆于所述硬碳基体表面的碳层；
2.根据权利要求1所述的硬碳材料，其特征在于，所述硬碳材料的闭孔率为5%～30%；
3.根据权利要求1或2所述的硬碳材料，其特征在于，所述碳层的厚度为2～5 nm；
4.权利要求1至3中任一项所述硬碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述第一碳化处理的加热温度为500~900℃，保温时间为1~10 h；
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s2...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾叙东，於洪将，张秋红，于清江，何佳波，郭靖芳，张斌梅，江柯成，
申请(专利权)人：江苏正力新能电池技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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