一种高容量碳包覆煤基硬碳材料及制备方法及负极极片及钠离子电池与流程

本发明属于电池，具体涉及一种高容量碳包覆煤基硬碳材料及制备方法及负极极片及钠离子电池。

背景技术：

1、钠离子电池主要由正极材料、正极集流体、负极材料、负极集流体、隔膜和电解液几部分组成；其中负极材料作为钠离子电池的重要组成成分，对于电池的能量密度、循环性能、安全性能起着决定性的作用，目前较为成熟的负极材料主要是硬碳、软碳、石墨等，其中硬碳由于成本低、前驱体来源丰富、安全性高等优点，有望进行大规模生产。对于硬碳负极的制备，前驱体的选择至关重要，因此高碳产率和低成本的煤被视为高经济价值的硬碳前驱体。但是硬碳容量难提升，煤基硬碳如果要进一步发展为可商用的负极材料，仍要进一步降低成本和提高其电化学性能。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的是提供一种高容量碳包覆煤基硬碳材料以解决硬碳容量难提升的技术问题。

2、本发明的第二个目的是提供一种高容量碳包覆煤基硬碳材料的制备方法。

3、本发明的第三个目的是提供一种负极极片。

4、本发明的第四个目的是提供一种钠离子电池。

5、为了实现以上目的，本发明采取的技术方案为：

6、一种高容量碳包覆煤基硬碳材料的制备方法，包括以下步骤：将煤基材料研磨后得到煤粉，将所述煤粉进行酸碱纯化干燥处理后得到除杂后的煤粉，将所述除杂后的煤粉与葡萄糖酸钠加入溶剂中并在加热条件下反应后得到悬浊液，将所述悬浊液干燥、碳化后即得。

7、进一步的，所述除杂后的煤粉与所述葡萄糖酸钠的质量比为1:0.8～1:1；所述溶剂为水，每g所述除杂后的煤粉对应加入30～60ml的溶剂。

8、进一步的，所述除杂后的煤粉与所述葡萄糖酸钠的反应温度为50～150℃，反应时间为1～4h。

9、进一步的，所述碳化在惰性气体下进行，所述碳化的步骤为：在200～350℃下保温1～4h，随后在1200～1500℃下碳化1～3h。

10、进一步的，所述惰性气体为氩气。

11、进一步的，所述酸碱纯化干燥的步骤为：将所述煤粉使用酸溶液洗后水洗涤至中性，碱溶液洗涤后水洗涤至中性，随后干燥。

12、进一步的，所述煤基材料为烟煤；将所述煤基材料球磨后得到煤粉，将所述煤粉过100～400目筛、干燥后进行酸碱纯化干燥处理。

13、一种高容量碳包覆煤基硬碳材料，采用上述的高容量碳包覆煤基硬碳材料的制备方法制备得到。

14、一种负极极片，包含上述的高容量碳包覆煤基硬碳材料。

15、一种钠离子电池，包含上述的负极极片。

16、本发明的有益效果：

17、本发明通过液相使葡萄糖酸钠均匀分散在煤粉表面，随后在碳化过程中葡萄糖酸钠上的羟基与煤的羧基产生交联反应出现酯基，在碳化过程中酯基的存在增加了硬碳材料的内孔并降低了硬碳材料的比表面积，进而提高煤基硬碳负极材料的可逆比容量和首效。

18、本发明通过液相混合和高温交联反应得到了一种高度均一的闭合孔硬碳负极材料，该硬碳负极材料具有较高的首效和比容量。使用本发明高容量碳包覆煤基硬碳材料的负极极片表现出优异的电化学性能，将可逆容量提升至301.5mah g-1。

19、本发明的高容量碳包覆煤基硬碳材料制备的负极极片，以1m napf6(六氟磷酸钠)ec/dec(碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯)为电解液组装的钠离子电池，在0.02ag-1的电流密度下，首圈充电比容量达到301.5mah g-1。

技术特征：

1.一种高容量碳包覆煤基硬碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将煤基材料研磨后得到煤粉，将所述煤粉进行酸碱纯化干燥处理后得到除杂后的煤粉，将所述除杂后的煤粉与葡萄糖酸钠加入溶剂中并在加热条件下反应后得到悬浊液，将所述悬浊液干燥、碳化后即得。

2.根据权利要求1所述的高容量碳包覆煤基硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述除杂后的煤粉与所述葡萄糖酸钠的质量比为1:0.8～1:1；所述溶剂为水，每g所述除杂后的煤粉对应加入30～60ml的溶剂。

3.根据权利要求1所述的高容量碳包覆煤基硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述除杂后的煤粉与所述葡萄糖酸钠的反应温度为50～150℃，反应时间为1～4h。

4.根据权利要求1所述的高容量碳包覆煤基硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述碳化在惰性气体下进行，所述碳化的步骤为：在200～350℃下保温1～4h，随后在1200～1500℃下碳化1～3h。

5.根据权利要求4所述的高容量碳包覆煤基硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气。

6.根据权利要求1所述的高容量碳包覆煤基硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述酸碱纯化干燥的步骤为：将所述煤粉使用酸溶液洗后水洗涤至中性，碱溶液洗涤后水洗涤至中性，随后干燥。

7.根据权利要求1所述的高容量碳包覆煤基硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述煤基材料为烟煤；将所述煤基材料球磨后得到煤粉，将所述煤粉过100～400目筛、干燥后进行酸碱纯化干燥处理。

8.一种高容量碳包覆煤基硬碳材料，其特征在于，采用权利要求1-7任一项权利要求所述的高容量碳包覆煤基硬碳材料的制备方法制备得到。

9.一种负极极片，其特征在于，包含权利要求8所述的高容量碳包覆煤基硬碳材料。

10.一种钠离子电池，其特征在于，包含权利要求9所述的负极极片。

技术总结
本发明涉及一种高容量碳包覆煤基硬碳材料及制备方法及负极极片及钠离子电池。该高容量碳包覆煤基硬碳材料的制备方法，包括以下步骤：将煤基材料研磨后得到煤粉，将所述煤粉进行酸碱纯化干燥处理后得到除杂后的煤粉，将所述除杂后的煤粉与葡萄糖酸钠加入溶剂中并在加热条件下反应后得到悬浊液，将所述悬浊液干燥、碳化后即得。本发明通过液相使葡萄糖酸钠均匀分散在煤粉表面，随后在碳化过程中葡萄糖酸钠上的羟基与煤的羧基产生交联反应出现酯基，在碳化过程中酯基的存在增加了硬碳材料的内孔并降低了硬碳材料的比表面积，进而提高煤基硬碳负极材料的可逆比容量和首效。

技术研发人员：赵嘉楠,占孝云,张航,刘雁鹏,贾秋荣,刘智波
受保护的技术使用者：郑州比克电子有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2025/1/16