【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于储能硬碳材料领域，具体涉及一种用于钠离子电池的煤基碳负极材料及制备方法和应用。
技术介绍
1、锂资源的短缺制约了锂离子电池在大规模储能领域的进一步发展。我国钠资源丰富，且钠与锂具有相似的化学性质，钠离子电池成为锂离子电池的有力替代者。在钠离子电池的负极材料中，硬碳是最具商业化潜力的储钠负极材料。烟煤资源丰富、成本低廉、产碳率高，因此，烟煤基硬碳是非常有应用前景的钠离子电池负极材料。
2、然而，烟煤是一种稠环芳烃大分子结构，包含由芳香环构成的基本结构单元、脂肪侧链和官能团等，在热解过程中芳香环缩聚易使石墨微晶长大，石墨化程度提高，不利于钠离子存储。
3、公开号为cn114335522a的中国专利申请中记载了采用含硫试剂等氧化性试剂对煤基材料进行氧化，然后与挥发性有机物混合，然后进行低温热处理，最后进行高温热处理，得到煤基碳负极材料。但这种设计过程通过强氧化性试剂进行预氧化处理会引入过量的氧元素，导致煤的碳化产率明显，且涉及挥发性有机物的低温热解包覆，且耗时长，不利于实现大规模开发和应用。
4、公开号为cn115784196a的中国专利申请中记载了将煤炭在含氧气氛下进行预处理，然后将预处理煤炭和联合处理剂预先进行第一段焙烧处理，再在负压下进行第二段焙烧，制得煤基钠离子电池碳负极材料。这种方法工艺复杂，且用到联合处理剂铵盐和过渡金属盐，成本高。
5、公开号为cn117105198a的中国专利申请中记载了将煤和无机盐混合，在含氧气氛中球磨后，去除混合物中的无机盐，得到煤基前驱
6、有关煤基碳材料的制备方法还需要进一步优化。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
2、针对上述存在的技术不足，本专利技术提供一种用于钠离子电池的煤基碳负极材料及制备方法和应用。茶褐素是从普洱茶中提取的天然高聚复合物，表面富含如为羧基、羟基等功能性基团。将烟煤和茶褐素混合，在低温氧存在的气氛下，煤表面的含氧官能团与茶褐素的含氧官能团发生异质交联，该交联结构在后续的热解过程中可以阻碍石墨微晶的生长，形成有利于钠离子存储的煤基碳无定型结构。所提供的煤基碳材料可以用作制备钠离子电池负极，具有高的容量和首次库伦效率。
3、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
4、本专利技术的第一方面提供了一种用于钠离子电池的煤基碳负极材料的制备方法，，包括如下步骤：
5、(1)将烟煤在含有盐酸与氢氟酸的混合酸溶液中进行浸泡处理，冲洗直至溶液呈中性，然后进行干燥处理，得到干燥煤粉；
6、(2)将茶褐素与步骤(1)得到的干燥煤粉混合后，在含氧气氛下进行预氧化处理，得到预氧化产物；
7、(3)将所述预氧化产物在惰性气氛下进行碳化，以便获得煤基碳材料；
8、根据本专利技术的实施例，步骤(1)所述的烟煤预先经过粉碎处理，所述粉碎后的烟煤的粒径大小为45微米～74微米。
9、根据本专利技术的实施例，步骤(1)所述含有盐酸和氢氟酸的混合酸溶液中盐酸和氢氟酸的体积比为(1～4):(1～4)。
10、根据本专利技术的实施例，步骤(1)所述浸泡处理的时间为5～48h。
11、根据本专利技术的实施例，步骤(2)所述茶褐素和干燥煤粉的质量比例为(1～6):(1～6)。
12、根据本专利技术的实施例，步骤(2)所述含氧气氛选自空气、氧气中的至少一种。
13、根据本专利技术的实施例，步骤(3)所述的惰性气氛为氩气、氮气、氦气中至少一种。
14、根据本专利技术的实施例，步骤(2)所述预氧化处理的温度为200～400℃。
15、根据本专利技术的实施例，步骤(2)所述的预氧化处理的时间为1-12h。
16、根据本专利技术的实施例，步骤(3)所述碳化的温度为1200～1700℃。
17、根据本专利技术的实施例，步骤(3)所述的碳化的时间为1～4h。
18、根据本专利技术的实施例，步骤(3)所述的碳化的升温速率为1～10℃/min。
19、在本专利技术的第二方面提供了一种用于钠离子电池的煤基碳负极材料，通过第一方面任一实施例所述的制备方法制得。
20、在本专利技术的第三方面提供了一种钠离子电池负极，包括第二方面所述的用于钠离子电池的煤基碳负极材料。
21、本专利技术所取得的有益效果至少包括：
22、本专利技术创造性的以含氧官能团的茶褐素作为调控剂，通过异质交联作用抑制石墨微晶的生长，提高碳材料的无定型程度和层间距，适宜于钠离子的储存。
23、本专利技术所提供的煤基碳材料的制备方法，方法简单，易于工业生产，通过后期的高温处理，扭曲的石墨微晶重排，形成闭孔结构，提高煤基碳储钠的首次库伦效率。
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1.一种用于钠离子电池的煤基碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的烟煤预先经过粉碎处理，所述粉碎后的烟煤的粒径大小为45微米～74微米。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述含有盐酸和氢氟酸的混合酸溶液中盐酸和氢氟酸的体积比为(1～4):(1～4)；
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述茶褐素和干燥煤粉的质量比例为(1～6):(1～6)。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述含氧气氛选自空气、氧气、臭氧中的至少一种；
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述预氧化处理的温度为200～400℃；
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述碳化的温度为1200～1700℃；
8.一种用于钠离子电池的煤基碳负极材料，其特征在于，通过权利要求1-7中任意一项所述的制备方法制得。
9.一种钠离子电池负极，其特征在于，包括权
10.一种钠离子电池，其特征在于，包括权利要求9所述的钠离子电池负极。
...【技术特征摘要】
1.一种用于钠离子电池的煤基碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的烟煤预先经过粉碎处理，所述粉碎后的烟煤的粒径大小为45微米～74微米。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述含有盐酸和氢氟酸的混合酸溶液中盐酸和氢氟酸的体积比为(1～4):(1～4)；
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述茶褐素和干燥煤粉的质量比例为(1～6):(1～6)。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所...
【专利技术属性】
技术研发人员：王庆，旺彦，罗绍华，张亚辉，侯鹏庆，刘忻，闫绳学，郭静，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：
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