【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钠离子电池领域，具体涉及一种高容量无定型碳基负极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、近年来，锂资源的价格波动和有限的储量对锂离子电池(lib)在储能系统中的未来应用，特别是在大规模场景中的应用施加了巨大的压力。钠离子电池(sib)具有丰富的钠资源、安全性和与锂离子电池相似的工作原理，被认为是锂离子电池的潜在替代品。
2、目前钠离子电池负极材料主要为无定型碳，具有丰富的微孔和大的碳层间距，具有优异的存储容量和低工作电压，使其在sib负极材料中脱颖而出。然而前驱体碳源在(＞1300℃)高温下直接碳化，容易形成层间距较小的碳片(d002≤0.37nm)，首次库伦效率低，为70～80％之间。无定型碳的容量主要由具有缓慢离子扩散的低压平台下提供，其短程结构有序且导电率不足，导致高倍率下的电压滞后较大，倍率性能差，过高的石墨化程度不利于na离子的存储，na存储容量为～280mah g-1，因此，在碳化过程中抑制过度石墨化成为提高sib中无定型碳的na存储能力的关键因素。
3、当将重点转移回无定型碳负极在锂离子存储中的应用时，由于无定型碳本身的缺陷、杂原子和官能团提供了大量的储锂位点，在初始周期内会导致显著的不可逆容量损失，使得首次库仑效率(ice)低。因此，提高锂化平台容量的同时改善ice，对于无定型碳在lib领域的应用至关重要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种高容量无定型碳基负极材料及其制备方法和应用
2、本专利技术所采取的技术方案如下：
3、本专利技术的第一个方面提供了一种高容量无定型碳基负极材料的制备方法，包括以下步骤：
4、①将前驱体碳源破碎，过筛至d50值为3～20μm之间；
5、②将所得前驱体经过强氧化剂进行氧化反应，反应温度为40～120℃，反应时间为30～240min；
6、③将步骤②得到的前驱体经去离子水洗涤、抽滤至中性；
7、④将步骤③处理后的前驱体，在惰性气体下高温碳化处理1～6h，高温碳化的温度设置为1000～1700℃。
8、优选的，所述前驱体碳源包括沥青、椰壳炭、石油焦、煤炭、棕榈、竹粉、纤维素、木粉、木质素、玉米秸秆、淀粉、酚醛树脂中的一种或多种。
9、优选的，所述的强氧化剂包括碘酸hio3、浓硫酸h2so4、高氯酸hclo4、浓盐酸hci、浓硝酸hno3、二氧化锰mno2中其中一种或多种。
10、优选的，所述强氧化剂的摩尔浓度为5-20mol l-1。
11、优选的，所述步骤②的反应转速为200～800r/min。
12、优选的，所述步骤④高温碳化的升温速率设置为1～10℃min-1，气体流速为10～40ml min-1。
13、优选的，所述的惰性气体为ar或n2。
14、优选的，将步骤①破碎过筛得到的前驱体在惰性气体下碳化1～12h后再进行步骤②，碳化温度设置为200～800℃。其中，升温速率设置为1～10℃min-1，气体流速为10～40mlmin-1，惰性气体为ar或n2。
15、本专利技术的第二个方面提供了一种高容量无定型碳基负极材料，采用如上所述的制备方法制备而成。
16、本专利技术的第三个方面提供了一种如上所述的高容量无定型碳基负极材料在制备锂/钠离子电池的应用。
17、本专利技术的有益效果如下：
18、1、本专利技术将破碎后的碳源前驱体通过强氧化引入大量含氧官能团，扩大碳层间距(≈0.4nm)，再通过高温碳化得到无序块状的无定型碳负极材料，高温碳化的过程中，强氧化剂引入的杂原子转变为ch4、co2等气体离开碳源表面，减少了碳源表面缺陷，首次库伦效率高，且方法工艺简单，可应用于大规模工业生产；
19、2、选择强氧化剂对前驱体进行深度氧化，引入大量含氧官能团的同时能够将多边形碳环边缘的惰性基团氧化成含氧活性基团，进一步克服普通无定型碳首次库伦效率低、比容量低和倍率性能差的缺点，表现出远高于普通无定型碳的比容量(＞380mah g-1)，满足锂/钠离子电池对负极材料的需求，在本专利技术的一个实施例中，将所述无定型碳基负极材料应用于钠离子电池，首次库伦效率达到～90％；在本专利技术的另一个实施例中，将所述无定型碳基负极材料应用于锂离子电池，首次库伦效率达到79％。
20、3、在本专利技术的一些实施例中，通过对破碎后的碳源前驱体在深度氧化前先预碳化处理，来增强碳层结构稳定性，避免碳源的结构被强氧化剂破坏，导致碳层坍塌而造成的碳流失；预碳化处理有利于减少强氧化后碳表面所形成的缺陷，进一步提高首次库伦效率。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种高容量无定型碳基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所述的一种高容量无定型碳基负极材料的制备方法，其特征在于：所述前驱体碳源包括沥青、椰壳炭、石油焦、煤炭、棕榈、竹粉、纤维素、木粉、木质素、玉米秸秆、淀粉、酚醛树脂中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种高容量无定型碳基负极材料的制备方法，其特征在于：所述的强氧化剂包括碘酸HIO3、浓硫酸H2SO4、高氯酸HClO4、浓盐酸HCI、浓硝酸HNO3、二氧化锰MnO2中其中一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种高容量无定型碳基负极材料的制备方法，其特征在于：所述强氧化剂的摩尔浓度为5-20mol L-1。
5.根据权利要求1所述的一种高容量无定型碳基负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤②的反应转速为200～800r/min。
6.根据权利要求1所述的一种高容量无定型碳基负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤④高温碳化的升温速率设置为1～10℃min-1，气体流速为10～40ml min-1。
7.根据权利要求1
8.根据权利要求1所述的一种高容量无定型碳基负极材料的制备方法，其特征在于：将步骤①破碎过筛得到的前驱体在惰性气体下碳化1～12h后再进行步骤②，碳化温度设置为200～800℃。
9.一种高容量无定型碳基负极材料，其特征在于，采用如权利要求1～8任一项所述的制备方法制备而成。
10.根据权利要求9所述的高容量无定型碳基负极材料在制备锂/钠离子电池的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种高容量无定型碳基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所述的一种高容量无定型碳基负极材料的制备方法，其特征在于：所述前驱体碳源包括沥青、椰壳炭、石油焦、煤炭、棕榈、竹粉、纤维素、木粉、木质素、玉米秸秆、淀粉、酚醛树脂中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种高容量无定型碳基负极材料的制备方法，其特征在于：所述的强氧化剂包括碘酸hio3、浓硫酸h2so4、高氯酸hclo4、浓盐酸hci、浓硝酸hno3、二氧化锰mno2中其中一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种高容量无定型碳基负极材料的制备方法，其特征在于：所述强氧化剂的摩尔浓度为5-20mol l-1。
5.根据权利要求1所述的一种高容量无定型碳基负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：汤育欣，李林威，姜震铭，白正帅，鲍晓军，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。