一种钠离子电池复合负极材料及电池的制作方法

本发明涉及电化学储能，具体为一种钠离子电池复合负极材料及电池。

背景技术：

1、钠离子电池是一种依靠钠离子在正负极间移动完成充放电工作的二次电池，其工作原理与已被广泛使用的锂离子电池相似，钠离子电池的正极通常使用钒酸盐材料，而负极则采用碳材料或钵氧化物，当充电时，钠离子从正极向负极迁移，并在负极嵌入碳或镇氧化物中，放电时，钠离子从负极释放，并返回到正极，同时释放储存的能量，与锂离子电池相比，钠离子电池具有的优势有：(1)钠盐原材料储量丰富，价格低廉，采用铁锰镍基正极材料相比较锂离子电池三元正极材料，原料成本降低一半；(2)由于钠盐特性，允许使用低浓度电解液(同样浓度电解液，钠盐电导率高于锂电解液20％左右)降低成本；(3)钠离子不与铝形成合金，负极可采用铝箔作为集流体，可以进一步降低成本8％左右，降低重量10％左右；(4)由于钠离子电池无过放电特性，允许钠离子电池放电到零伏，钠离子电池能量密度大于100wh/kg，可与磷酸铁锂电池相媲美，但是其成本优势明显，有望在大规模储能中取代传统铅酸电池。

2、随着全球对可再生能源需求的不断增长，高效、低成本的储能技术成为研究热点，钠离子电池因其资源丰富、成本低廉等优点，被认为是锂离子电池的重要补充，然而，当前钠离子电池的负极材料在导电性、循环稳定性等方面仍存在不足，限制了其商业化进程，因此，开发新型高性能负极材料对于推动钠离子电池的发展具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种钠离子电池复合负极材料及电池，解决了上述背景技术中所提到的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种钠离子电池复合负极材料，由软碳材料和硬碳材料按一定比例复合而成，所述软碳材料的前驱体选用酚醛树脂含碳量高且易于碳化的有机物，所述硬碳材料的前驱体选择高分子聚合物，所述高分子聚合物为聚丙烯腈。

3、优选的，所述一种钠离子电池复合负极材料的制备方法，具体包括以下步骤：

4、s1、材料选择与预处理：

5、(1)、软碳材料前驱体：选择酚醛树脂含碳量高且易于碳化的有机物作为软碳材料的前驱体，前驱体在碳化过程中能够形成具有优良导电性的软碳材料；

6、(2)、硬碳材料前驱体：选择高分子聚合物作为硬碳材料的前驱体，前驱体经过高温碳化后，能够形成结构稳定、循环性能优异的硬碳材料；

7、(3)、预处理：对选定的前驱体进行必要的预处理，清洗、干燥、破碎等，以确保其纯度和均匀性；

8、s2、碳化与复合：

9、(1)、软碳材料的碳化：将预处理后的软碳材料前驱体置于惰性气氛保护下的高温炉中，进行碳化处理，碳化温度一般控制在600-1200℃；

10、(2)、硬碳材料的碳化：将预处理后的硬碳材料前驱体置于惰性气氛保护下的高温炉中，进行碳化处理，碳化温度一般控制在900-1500℃；

11、(3)、软硬碳复合：将碳化后的软碳材料和硬碳材料按预定比例混合，混合过程中采用球磨、搅拌等物理方法，球磨转速为200～500r/min，球磨时间为3～10小时，以获得粒径分布均匀、颗粒细小的基体材料，确保两者均匀混合，加入适量的表面活性剂，复合后的材料进行进一步处理，对其进行加热处理；

12、s3、后处理与性能优化：

13、(1)、热处理：将复合后的材料置于高温炉中进行热处理，温度一般控制在600-1200℃，以进一步稳定其结构并提高循环稳定性；

14、(2)、表面改性：通过化学处理对复合材料表面进行改性，以提高其与电解液的浸润性和离子传输效率；

15、(3)、性能测试：对制备好的软硬碳复合负极材料进行电化学性能测试，包括比容量、循环稳定性、倍率性能等指标的评估，根据测试结果对制备工艺进行优化调整。

16、优选的，所述s2(1)中，惰性气氛采用氮气，碳化具体温度根据前驱体的种类和所需碳层尺寸、层间距进行调整。

17、优选的，所述s2(2)中，对于高分子聚合物前驱体，还需考虑其热解过程中的结构演变，以确保最终形成的硬碳材料具有所需的性能。

18、优选的，所述s2(3)中，加入表面活性剂，可以提高复合材料的稳定性和分散性，对其进行加热处理，是为了优化其电化学性能。

19、优选的，所述s3(2)中，化学处理方式采用酸洗或碱洗。

20、本发明还公开了一种钠离子电池，采用上述复合负极材料以及制备方法制备所得。

21、有益效果

22、本发明提供了一种钠离子电池复合负极材料及电池。与现有技术相比具备以下有益效果：该钠离子电池复合负极材料，由软碳材料和硬碳材料按一定比例复合而成，所述软碳材料的前驱体选用酚醛树脂含碳量高且易于碳化的有机物，所述硬碳材料的前驱体选择高分子聚合物，所述高分子聚合物为聚丙烯腈，通过软碳材料具有较大的碳层尺寸和较宽的层间距，表现出优良的导电性吗，硬碳材料则具有致密的碳层结构和稳定的化学性质，循环性能优异，通过调整软碳和硬碳的比例，可以优化复合材料的综合性能，软碳材料的加入显著提高了复合材料的导电性，促进了电子在负极材料中的快速传输，硬碳材料的稳定结构为复合材料提供了良好的支撑，有效防止了充放电过程中负极材料的结构坍塌，延长了电池的循环寿命，软硬碳复合材料的协同作用使得其在比容量、倍率性能等方面均表现出比单一碳材料更优异的电化学性能。

技术特征：

1.一种钠离子电池复合负极材料，由软碳材料和硬碳材料按一定比例复合而成，其特征在于：所述软碳材料的前驱体选用酚醛树脂含碳量高且易于碳化的有机物，所述硬碳材料的前驱体选择高分子聚合物，所述高分子聚合物为聚丙烯腈。

2.根据权利要求1所述的一种钠离子电池复合负极材料，其特征在于：其制备方法具体包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种钠离子电池复合负极材料的制备方法，其特征在于：所述s2(1)中，惰性气氛采用氮气，碳化具体温度根据前驱体的种类和所需碳层尺寸、层间距进行调整。

4.根据权利要求2所述的一种钠离子电池复合负极材料的制备方法，其特征在于：所述s2(2)中，对于高分子聚合物前驱体，还需考虑其热解过程中的结构演变，以确保最终形成的硬碳材料具有所需的性能。

5.根据权利要求2所述的一种钠离子电池复合负极材料的制备方法，其特征在于：所述s2(3)中，加入表面活性剂，可以提高复合材料的稳定性和分散性，对其进行加热处理，是为了优化其电化学性能。

6.根据权利要求2所述的一种钠离子电池复合负极材料的制备方法，其特征在于：所述s3(2)中，化学处理方式采用酸洗或碱洗。

7.一种钠离子电池，其特征在于：采用权利要求1所述的复合负极材料以及权利要求2-6任意一项所述的制备方法制备所得。

技术总结
本发明公开了一种钠离子电池复合负极材料，由软碳材料和硬碳材料按一定比例复合而成，所述软碳材料的前驱体选用酚醛树脂含碳量高且易于碳化的有机物，所述硬碳材料的前驱体选择高分子聚合物，所述高分子聚合物为聚丙烯腈，本发明涉及电化学储能技术领域。该钠离子电池复合负极材料及电池，通过软碳材料具有较大的碳层尺寸和较宽的层间距，表现出优良的导电性吗，硬碳材料则具有致密的碳层结构和稳定的化学性质，循环性能优异，通过调整软碳和硬碳的比例，可以优化复合材料的综合性能，软碳材料的加入显著提高了复合材料的导电性，促进了电子在负极材料中的快速传输，硬碳材料的稳定结构为复合材料提供了良好的支撑。

技术研发人员：姚宽科,田晓娟,张有云
受保护的技术使用者：中科融能（盐城）科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/17