一种钠离子电池负极硬碳制造方法与流程

本发明涉及钠离子电池用负极，具体为一种钠离子电池负极硬碳制造方法。

背景技术：

1、能源是社会发展的基础，利用储能系统，将无法并网的电量储存起来，削峰填谷，是减少能源浪费、降低弃风率和弃光率的有效途径，电化学储能以投资周期短、响应速度快，效率高，无地理条件要求等优势实现了装机规模的快速增长。目前电化学储能主要配套磷酸铁锂电池，电化学储能的兴起又会带来锂资源的消耗问题。近年来，锂逐渐成为一种稀缺资源，钠离子电池以其低成本的优势，在对成本敏感的储能领域(储能电站、数据中心、5g基站、低速电动车、电动自行车)，拥有广阔的发展前景。

2、钠离子电池主要采用硬碳作为负极材料，然而硬碳是由碳层和无序微孔组成的混乱堆垛的碳材料，内部存在大量的缺陷和孔洞。目前研究中的硬碳材料大多具有较低的首次库伦效率、孔隙利用率和由此导致的能量密度以及平台容量，使得硬碳的应用很难进一步推广。

3、因此，急需开发一款高首次库伦效率，高空隙利用率，储钠活性点位数量增多的硬碳，来提升钠离子电池的能量密度和循环稳定性。

技术实现思路

1、鉴于钠离子电池主要采用硬碳作为负极材料存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明的目的是提供一种钠离子电池负极硬碳制造方法，解决了硬碳是由碳层和无序微孔组成的混乱堆垛的碳材料，内部存在大量的缺陷和孔洞。目前研究中的硬碳材料大多具有较低的首次库伦效率、孔隙利用率和由此导致的能量密度以及平台容量，使得硬碳的应用很难进一步推广的问题。

3、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

4、一种钠离子电池负极硬碳制造方法，具体包括以下步骤：

5、步骤一：将木质素，金属氢氧化物造孔剂按照质量比x：y的配比备料，并分别在100℃～200℃下真空干燥4小时～12小时；其中，x≥60；

6、步骤二：将木质素，造孔剂加入到有机溶剂乙醇中进行球磨，球磨时间为2～4h，得到第一混合物；

7、步骤三：将第一混合物放入烘箱中烘干，得到第二混合物；

8、步骤四：将第二混合物放入管式炉中在ar气的气氛中进行高温裂解，升温速率为5℃/min，裂解温度分别为1200～1600℃，保温时间为2h，待温度自然冷却至室温得到第三混合物；

9、步骤五：将第三混合物进行粉碎，用去离子水清洗多遍去除钾的化合物杂质，烘干后得到最终的金属氢氧化物造孔活化木质素硬碳材料。

10、作为本发明所述的一种钠离子电池负极硬碳制造方法的一种优选方案，其中：所述木质素设置为koh、纤维素、葡萄糖、蔗糖和淀粉中的任意一种或者多种。

11、作为本发明所述的一种钠离子电池负极硬碳制造方法的一种优选方案，其中：所述金属氢氧化物造孔剂设置为金属氢氧化物，具体为koh、lioh和naoh中的一种或者多种。

12、作为本发明所述的一种钠离子电池负极硬碳制造方法的一种优选方案，其中：所述步骤二中球磨速度为20～40r/min。

13、作为本发明所述的一种钠离子电池负极硬碳制造方法的一种优选方案，其中：所述步骤三中烘箱温度为80～120℃。

14、作为本发明所述的一种钠离子电池负极硬碳制造方法的一种优选方案，其中：当木质素设置为koh时，koh所占的比例为20-40％。

15、与现有技术相比：

16、1、经过koh活化后的木质素具有多级孔径结构和较大的比表面积，在材料的表面和内部都具有较多的活性位点，有利于电解液的渗透和钠离子的脱嵌，从而保证材料具有良好的电化学性能；

17、2、采用木质素作为前驱体，高温下不易石墨化，产碳率高，成本低；

18、3、采用金属氢氧化物，如koh作为造孔剂，随着koh浓度的升高，碳壁的厚度逐渐减小，k+在碳层中具有插层效应，而co2在木质素的碳化过程中释放增加了材料的孔隙度，从而有利于离子的迁移；

19、4、高温裂解工艺：升温速率5℃/min，裂解温度1600℃，保温时间2h，自然冷却。

技术特征：

1.一种钠离子电池负极硬碳制造方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种钠离子电池负极硬碳制造方法，其特征在于，所述木质素设置为koh、纤维素、葡萄糖、蔗糖和淀粉中的任意一种或者多种。

3.根据权利要求1所述的一种钠离子电池负极硬碳制造方法，其特征在于，所述金属氢氧化物造孔剂设置为金属氢氧化物，具体为koh、lioh和naoh中的一种或者多种。

4.根据权利要求1所述的一种钠离子电池负极硬碳制造方法，其特征在于，所述步骤二中球磨速度为20～40r/min。

5.根据权利要求1所述的一种钠离子电池负极硬碳制造方法，其特征在于，所述步骤三中烘箱温度为80～120℃。

6.根据权利要求1所述的一种钠离子电池负极硬碳制造方法，其特征在于，当木质素设置为koh时，koh所占的比例为20-40％。

技术总结
本发明公开的属于钠离子电池用负极技术领域，具体为一种钠离子电池负极硬碳制造方法，具体包括以下步骤：步骤一：将木质素，金属氢氧化物造孔剂按照质量比x：y的配比备料，并分别在100℃～200℃下真空干燥4小时～12小时；其中，x≥60，本发明的有益效果是：采用木质素作为前驱体，高温下不易石墨化，产碳率高，成本低；采用金属氢氧化物，如KOH作为造孔剂，随着KOH浓度的升高，碳壁的厚度逐渐减小，K+在碳层中具有插层效应，而CO2在木质素的碳化过程中释放增加了材料的孔隙度，从而有利于离子的迁移；高温裂解工艺：升温速率5℃/min，裂解温度1600℃，保温时间2h，自然冷却。

技术研发人员：李永富,李永钦,田龙飞,刘泽鑫
受保护的技术使用者：珠海科创能源技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12