一种多孔硬碳负极材料及其制备方法与钠离子电池与流程

本发明涉及钠离子电池，尤其涉及一种多孔硬碳负极材料及其制备方法与钠离子电池。

背景技术：

1、钠离子电池在碳酸锂价格居高不下的情况下应运而生，目前许多电池厂商均发布了钠离子电池产品，但钠离子电池供应链仍不成熟，主要原因在于其材料端均处于开发阶段，能够实现量产的不多。

2、其中具有代表性的是钠离子电池的负极材料；由于硬碳负极材料内部具有较大的层间距，更适合较大半径的钠离子在其中脱嵌，因此，目前钠离子电池的负极材料主要是硬碳负极材料。

3、近两年，随着研究的进展，又出现了多孔碳材料来作为钠离子电池的负极材料；多孔碳材料通过在碳材料上造孔，利用丰富的孔结构来促进钠离子的吸附储钠，从而提高负极材料的容量。

4、目前多孔碳的制备方法一般是先在一定温度下将前驱体碳化，清洗掉杂质后再在一定温度下，通入水蒸气或空气进行活化二次造孔；这种方法制备的多孔碳虽然一定程度上提高了负极材料的容量，但二次造孔产生的孔结构孔径大小不一致，其中孔径较小的孔结构，其存在虽增大了材料的表面积，但因钠离子在其间自由脱嵌的难度较大，使得该部分孔结构不仅无法被有效利用，还导致负极材料的克容量较低。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中多孔硬碳负极材料克容量较低的问题，本发明提供一种多孔硬碳负极材料的制备方法，该制备方法通过向多孔硬碳负极材料中引入n-s原子形成活性位点，使得钠离子被更多的活性位点捕获，有助于提高负极材料的克容量，解决了现有技术中多孔硬碳负极材料克容量较低的问题。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种多孔硬碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：

4、s1：将模板剂、硬碳前驱体、活化剂与1-乙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐研磨均匀，得到混合物；

5、s2：将所述混合物在惰性气体氛围中升温至700-900℃，进行碳化，得到碳化料；

6、s3：对所述碳化料进行二次造孔，得到多孔碳化料；

7、s4：对所述多孔碳化料进行洗涤并烘干后，浸泡于多金属氧酸钠盐溶液中，得到浸泡料；

8、s5：对所述浸泡料进行洗涤烘干，得到干燥后的材料；

9、s6：将所述干燥后的材料在惰性气体氛围中升温至1200-1400℃，得到多孔硬碳负极材料。

10、可选地，所述模板剂选自氯化钾、氯化锌中的至少一种。

11、可选地，所述模板剂为氯化钾与氯化锌按照质量比(3-7):7组成的混合物。

12、可选地，所述硬碳前驱体选自毛竹、椰壳、淀粉、稻壳、核桃壳、无烟煤、沥青、酚醛树脂中的至少一种。

13、可选地，所述淀粉选自土豆淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉、豌豆淀粉、红薯淀粉中的至少一种。

14、可选地，所述活化剂为氢氧化钠。

15、可选地，所述多金属氧酸钠盐选自na3xy12o40、na4xy12o40中的至少一种；其中x选自p、si中任意一种；y选自mo、w中任意一种。

16、可选地，步骤s1中模板剂、硬碳前驱体、活化剂与1-乙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐的质量比为(0.5-1.5)：(5-8)：(1-5)：0.1。

17、本发明的另一目的在于提供一种多孔硬碳负极材料，通过如上所述的多孔硬碳负极材料的制备方法进行制备。

18、本发明的再一目的在于提供一种钠离子电池，包括如上所述的多孔硬碳负极材料。

19、本发明的有益效果是：

20、本发明提供的多孔硬碳负极材料的制备方法，通过在碳化过程中进行n-s共掺杂，向多孔碳材料中引入活性位点，再借助n-s形成的活性位点，在活性位点上引入多金属氧酸钠盐，多金属氧酸钠盐中的多金属氧酸根骨架可以让钠离子在其微孔中传输，对硬碳负极材料而言，起到了一定的补钠效果，因此提高了材料的克容量与库伦效率。

技术特征：

1.一种多孔硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的多孔硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述模板剂选自氯化钾、氯化锌中的至少一种。

3.如权利要求2所述的多孔硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述模板剂为氯化钾与氯化锌按照质量比(3-7):7组成的混合物。

4.如权利要求1所述的多孔硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述硬碳前驱体选自毛竹、椰壳、淀粉、稻壳、核桃壳、无烟煤、沥青、酚醛树脂中的至少一种。

5.如权利要求4所述的多孔硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述淀粉选自土豆淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉、豌豆淀粉、红薯淀粉中的至少一种。

6.如权利要求1所述的多孔硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述活化剂为氢氧化钠。

7.如权利要求1所述的多孔硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述多金属氧酸钠盐选自na3xy12o40、na4xy12o40中的至少一种；其中x选自p、si中任意一种；y选自mo、w中任意一种。

8.如权利要求1-7任一项所述的多孔硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中模板剂、硬碳前驱体、活化剂与1-乙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐的质量比为(0.5-1.5)：(5-8)：(1-5)：0.1。

9.一种多孔硬碳负极材料，其特征在于，通过如权利要求1-8任一项所述的多孔硬碳负极材料的制备方法进行制备。

10.一种钠离子电池，其特征在于，包括如权利要求9所述的多孔硬碳负极材料。

技术总结
本发明提供一种多孔硬碳负极材料及其制备方法与钠离子电池，涉及钠离子电池技术领域；制备方法包括如下步骤：将模板剂、硬碳前驱体、活化剂与1‑乙基‑3‑甲基咪唑硫酸氢盐研磨均匀，得到混合物；将混合物在惰性气体氛围中升温至700‑900℃，得到碳化料；对碳化料进行二次造孔，得到多孔碳化料；对多孔碳化料进行洗涤并烘干后，浸泡于多金属氧酸钠盐溶液中，得到浸泡料；对浸泡料进行洗涤烘干，将干燥后的材料在惰性气体氛围中升温至1200‑1400℃，得到多孔硬碳负极材料。本发明通过在碳化过程中向多孔碳材料中引入活性位点，再在活性位点上引入多金属氧酸钠盐，多金属氧酸钠盐中的多金属氧酸根骨架可以让钠离子在其微孔中传输，提高了材料的克容量与库伦效率。

技术研发人员：王瑨,谢皎,李响,樊伟
受保护的技术使用者：成都佰思格科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15