【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及负极材料的，尤其是涉及一种硬碳负极材料及其制备方法、钠离子电池。
技术介绍
1、目前，电化学储能技术以其低污染、长寿命、高效率等优点受到了广泛的关注。特别是基于高功率和能量密度，以及长寿命的锂离子电池得到了广泛的研究和发展，并在近年来主导了电源市场。然而，锂的高成本和资源不足严重影响了其在储能领域的应用。与锂盐不同，钠盐分布广泛，储量丰富。钠离子电池以其低廉的成本、优越的低温性能和先进的安全性能，在大规模储能应用中展现出巨大的发展潜力。
2、硬碳(hc)具有成本效益高、原材料来源广等多重特点，是目前最具商业化前景的钠离子电池负极材料。然而，硬碳制备工艺路线长，构效关系也比较复杂；硬碳虽然有良好的储钠性能，但是依旧存在克容量偏低，首圈库伦效率低的缺陷，严重阻碍了硬碳材料在钠离子电池中的应用。专利cn116675217a公开了一种以生物质为原料，将生物质原料破碎后进行预碳化，预碳化结束后将材料置于等离子体化学气相沉积腔体内进行等离子体包覆处理，包覆完成后进行高温碳化，最终得到生物质硬碳；该专利通过等离子体处理，修复了碳材料表面的缺陷，通过碳沉积有效提升了硬碳材料的首效；然而，上述制备方法存在能耗大、工艺繁琐、技术水平要求和成本高等的缺点。
3、有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一在于提供一种硬碳负极材料的制备方法，不仅工艺简单、成本低，适合工业化放大生产，而且能够有效提升材料的克容量和首圈库伦效率。
2、
3、本专利技术的目的之三在于提供一种钠离子电池，电化学性能优异，克容量和首效得到明显提升。
4、为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
5、第一方面，一种硬碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：
6、将生物质碳源依次进行预碳化和常温还原处理，得到生物质前驱体，取所述生物质前驱体通过含氮类碳源进行包覆处理，再进行高温碳化，得到所述硬碳负极材料；
7、所述预碳化的温度为250℃～800℃，所述高温碳化的温度为900℃～1500℃。
8、进一步的，所述生物质碳源包括椰壳、秸秆、毛竹、稻谷壳、玉米棒以及核桃壳中的至少一种。
9、进一步的，所述预碳化之前还包括将生物质碳源进行粗破的步骤；
10、优选地，所述粗破后的平均粒径为2mm～8mm。
11、进一步的，所述预碳化的时间为1h～4h；
12、优选地，所述预碳化的保护气氛包括氮气、氩气和氦气中的至少一种。
13、进一步的，所述还原处理之前还包括将预碳化物进行纯化的步骤；
14、优选地，所述纯化的方式包括通过酸液清洗进行纯化；
15、优选地，所述酸液采用的酸包括氢氟酸、硫酸、硝酸、盐酸和磷酸中的至少一种；
16、优选地，所述酸液的浓度为0.5mol/l～6mol/l；
17、优选地，所述纯化的时间为1h～8h。
18、进一步的，所述还原处理采用的还原剂包括亚硫酸氢钠、亚硫酸钠以及硼氢化钠中的至少一种；
19、优选地，所述还原处理的时间为0.5h～4h。
20、进一步的，所述含氮类碳源包括多巴胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚吡咯、聚苯吡咯、聚丙烯酰胺以及聚苯胺中的至少一种；
21、优选地，所述包覆处理的方式包括通过浸渍进行包覆处理；
22、优选地，所述浸渍的浸渍液浓度为0.5wt％～20wt％；
23、优选地，所述浸渍液的溶剂包括水、乙醇、丙醇、丁醇、苯甲醇、异丙醇、二甲醚、四氢呋喃、二乙二醇二甲醚以及苯基乙醚中的至少一种；
24、优选地，所述浸渍的时间为0.5h～24h。
25、进一步的，所述高温碳化的升温速率为2℃/min～10℃/min；
26、优选地，所述高温碳化的时间为2h～8h；
27、优选地，所述高温碳化的保护气氛包括氮气、氩气和氦气中的至少一种。
28、第二方面，一种上述任一项所述的制备方法制备得到的硬碳负极材料。
29、第三方面，一种钠离子电池，所述钠离子电池的负极包括上述所述的硬碳负极材料。
30、与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果：
31、本专利技术提供的硬碳负极材料的制备方法，通过预碳化(低温碳化)处理，可以有效提高硬碳材料的结构有序度；通过常温下的还原处理，可以消除材料中的含氧官能团，有利于闭孔微结构的形成，从而提升硬碳材料电化学性能；通过高温碳化，硬碳材料的微晶结构更有序，变成类石墨状态，钠离子可插入；同时，本专利技术以生物质为前驱体合成比表面积相对较低的硬碳材料，结合掺氮的碳包覆，经高温碳化后，一方面能够在生物基硬碳表面形成包覆碳层，有效降低表面缺陷，减少sei膜形成过程中钠离子的过量消耗，提高硬碳材料的首圈库伦效率；另一方面通过引入氮杂原子，能够有效提高碳层晶面间距，有利于钠离子的嵌入和脱出，也为钠离子提供了额外的存储位点；与纯碳包覆相比，本专利技术通过掺氮的碳包覆，同步提升了材料的首效和比容量。总之，本专利技术的硬碳负极材料的制备方法，不仅简单易操作、成本较低，易于工业化放大生产，而且在各步骤及其工艺参数的协同下，有效提升了材料的克容量和首圈库伦效率，实现了制备高性能钠离子电池硬碳负极材料的目的。
32、本专利技术提供的硬碳负极材料，具有较高的克容量和较高的首圈库伦效率，适用于高性能钠离子电池。
33、本专利技术提供的钠离子电池，电化学性能优异，克容量和首效得到明显提升。
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1.一种硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，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，所述生物质碳源包括椰壳、秸秆、毛竹、稻谷壳、玉米棒以及核桃壳中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预碳化之前还包括将生物质碳源进行粗破的步骤；
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述预碳化的时间为1h～4h；
5.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述还原处理之前还包括将预碳化物进行纯化的步骤；
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述还原处理采用的还原剂包括亚硫酸氢钠、亚硫酸钠以及硼氢化钠中的至少一种；
7.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述含氮类碳源包括多巴胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚吡咯、聚苯吡咯、聚丙烯酰胺以及聚苯胺中的至少一种；
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高温碳化的升温速率为2℃/min～10℃/min；
9.一种权利要求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包括权利要求9所述的硬碳负极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，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，所述生物质碳源包括椰壳、秸秆、毛竹、稻谷壳、玉米棒以及核桃壳中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预碳化之前还包括将生物质碳源进行粗破的步骤；
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述预碳化的时间为1h～4h；
5.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述还原处理之前还包括将预碳化物进行纯化的步骤；
6.根据权利要求5所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭建林，侯小露，冉北武，张继鑫，张正，
申请(专利权)人：重庆曼恩斯特新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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