一种钠离子电池硬碳负极材料及其制备方法与流程

本发明属于电池用负极材料，具体涉及一种钠离子电池硬碳负极材料及其制备方法。

背景技术：

1、这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

2、硬碳(hc)是一种无序的石墨碳材料，具有不规则的多晶微结构，具有大量的拓扑缺陷、棱柱状表面和封闭孔隙。与类石墨材料相比，钠离子电池(sib)中的硬碳负极具有更高的钠离子存储能力。在未来的汽车动力、储能中具有重要的应用前景。

3、业界通常采用炉内煅烧的方法来实现硬碳的预热与合成，通过炉内煅烧方法对前驱体材料进行碳化及预碳化，还需要通过原材料改性或者后期表面包覆来对硬碳性能进行调控，所需工序步骤复杂，碳化反应时间长，通常在20小时以上，造成了大规模工业化生产的技术壁垒和成本要素的提高。因此，如何在生产合成高性能硬碳负极材料的同时，简化工艺流程，缩短加工时长，并且对产物形貌性能进行快捷有效的调控，成为了硬碳负极材料产业工业化亟需解决的关键问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种钠离子电池硬碳负极材料及其制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供一种钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：

4、将生物质碳源或废弃轮胎进行初步破碎，然后进行细破，得到前驱体粉末；

5、将前驱体粉末导入干净石英管中，石英管两端塞入圆柱状电极，并向内推动，将前驱体粉末充分压缩；

6、然后将石英管置于闪蒸反应室内，石英管两端的圆柱状电极连接导线；

7、抽真空后，先进行预处理，预处理的电流为30～40a，时间为200～400s；然后进行闪蒸处理，闪蒸电流为60～90a，时间为150～300ms，放电自检20～40s，进行闪蒸反应；

8、将闪蒸得到的硬碳产物研磨后进行酸洗、水洗、干燥，即得。

9、本发明中的闪蒸方法是将粉体导电碳材料在石英管两个电极之间振压密实，气压条件是在0.1pa及以下的气压下。电极一般使用石墨电极或者是黄铜电极等导电耐热材料。通常，电容器组在50～300毫秒内将材料加热到相对较高的设计温度，使得材料在极短的时间完成相变或者形貌结构的变化。将通过闪蒸技术获得的硬碳命名为flash hard carbon(fhc，闪蒸硬碳)，fhc表现出短程有序长程无序的湍层石墨域微观结构。并且产物保持了大部分原材料的结构特性，反应过程无需额外的溶剂和反应气体。产物的碳收量只取决于原材料中碳含量，以生物质材料为例，约为30％。

10、采用闪蒸连续碳化法方法能够明显减少碳化时间，避免多步碳化带来的原料以及能源上的损耗，减少了溶剂或是催化剂的使用，提高了生产效率，降低生产成本，提高产物收率。

11、在一些实施例中，所述生物质碳源为果壳、树叶或竹炭。

12、在一些实施例中，初步破碎的粉末粒径为1～2mm，细破后的粒径为10～20μm。细破的目的是增大材料的比表面积，使其在闪蒸碳化过程中可以充分受热裂解，形成硬碳产物。

13、在一些实施例中，抽真空至0.1pa以下。

14、在一些实施例中，酸洗采用的酸液的ph值小于0.5。

15、优选的，所述酸液为王水。闪蒸后残留的焦油及表面的杂质可以通过王水溶解，因此，通过王水可将闪蒸硬碳洗涤除杂。

16、在一些实施例中，将酸洗后的硬碳产物水洗至ph值大于6。

17、第二方面，本发明提供一种钠离子电池硬碳负极材料，由所述制备方法制备而成。

18、第三方面，本发明提供一种钠离子电池硬碳负极极片，由所述硬碳负极材料制备而成，负极极片中掺加有黏着剂，黏着剂为羧甲基纤维素、丁苯橡胶或聚偏二氟乙烯。

19、在一些实施例中，所述黏着剂占硬碳的质量百分数为10％-15％。

20、于电池极片中加入黏着剂可使电池极片在充放电过程中维持其构造，以达到高电容量及良好的循环寿命的目的。

21、上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：

22、采用闪蒸连续碳化法方法能够明显减少碳化时间，避免多步碳化带来的原料以及能源上的损耗，减少了溶剂或是催化剂的使用，提高了生产效率，降低生产成本，提高产物收率。

23、通过调节闪蒸反应中的闪蒸次数、闪蒸时间、闪蒸电压以及闪蒸功率能够达到对闪蒸产物快速调节，以及针对不同前驱体快速适配的效果，提供了一种快捷调控产物的生产方法。

24、由于闪蒸法瞬时达到极高温度(3000℃以上)，使得杂质原子瞬间蒸发，产物能够大幅度保持前驱体物质的特殊结构，所以前驱体制备中无需改性包覆等前处理过程，且带有前驱体结构特性的产物表现出优异的物理性能和电化学性能。

技术特征：

1.一种钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，其特征在于：所述生物质碳源为果壳、树叶或竹炭。

3.根据权利要求1所述的钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，其特征在于：初步破碎的粉末粒径为1～2mm，细破后的粒径为10～20μm。

4.根据权利要求1所述的钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，其特征在于：抽真空至0.1pa以下。

5.根据权利要求1所述的钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，其特征在于：酸洗采用的酸液的ph值小于0.5。

6.根据权利要求5所述的钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，其特征在于：所述酸液为王水。

7.根据权利要求1所述的钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，其特征在于：将酸洗后的硬碳产物水洗至ph值大于6。

8.一种钠离子电池硬碳负极材料，其特征在于：由权利要求1-7任一所述制备方法制备而成。

9.一种钠离子电池硬碳负极极片，其特征在于：由权利要求8所述硬碳负极材料制备而成，负极极片中掺加有黏着剂，黏着剂为羧甲基纤维素、丁苯橡胶或聚偏二氟乙烯。

10.根据权利要求9所述的钠离子电池硬碳负极极片，其特征在于：所述黏着剂占硬碳的质量百分数为10％-15％。

技术总结
本发明公开了一种钠离子电池硬碳负极材料及其制备方法，包括如下步骤：将生物质碳源或废弃轮胎进行初步破碎，然后进行细破，得到前驱体粉末；将前驱体粉末导入干净石英管中，石英管两端塞入圆柱状电极，并向内推动，将前驱体粉末充分压缩；然后将石英管置于闪蒸反应室内，石英管两端的圆柱状电极连接导线；抽真空后，先进行预处理，预处理的电流为30～40A，时间为200～400s；然后进行闪蒸处理，闪蒸电流为60～90A，时间为150～300ms，放电自检20～40s，进行闪蒸反应；将闪蒸得到的硬碳产物研磨后进行酸洗、水洗、干燥，即得。

技术研发人员：黄炤中,苏航
受保护的技术使用者：安徽得壹能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15