搅拌。
[0040] 进一步，将非碳多孔材料加入碳的前驱体溶液中，超声震荡lh，然后密封磁力搅拌 10~12h〇
[0041 ]将所述混合溶液干燥，可采用本领域技术人员熟知的干燥方式，例如烘干、真空干 燥、喷雾干燥等。优选采用烘干的方式。
[0042]所述惰性气体包括但不限于氮气、氩气中的一种或几种。优选为氩气。
[0043]所述高温碳化的步骤包括，开始碳化升温速度为5°C/min，惰性气体流量70~80m L/min，升温至600°C持续恒温4h，碳化结束后，自然降至室温。
[0044] 本领域人员可以理解的，碳化温度在600-3000°C范围内均可。
[0045] 本发明还提供一种钠离子电池电极，包含如上所述的电池电极材料和辅助成分。 所述辅助成分为粘结剂。进一步还可以包括导电剂。其粘结剂和导电剂等可采用本领域人 员所熟知的方案。
[0046] 本发明还提供一种钠离子电池，包含如上所述的电池电极，所述电池电极用于正 极和负极中的至少一方，其电解液等其他部件可采用本领域人员所熟知的方案。优选该电 极用于作为钠离子电池的负极。
[0047] 所述电池的首圈库伦效率为60%以上，循环200圈后的容量为200mAh/g以上。
[0048]进一步的，所述钠离子电池的首圈库伦效率为70%以上，循环200圈后的容量为 250mAh/g以上。
[0049] 本发明中的钠离子电池表现出较高的可逆容量和较好的倍率性能，整体性能较 好，极具商业价值。
[0050] 实施例
[0051]为让本发明更明显易懂，以下特举较佳实施例，作详细说明，本发明的保护范围不 受以下实施例的限制。凡在本发明的精髓和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。
[0052] 实施例1
[0053] 将碳分子筛壹(有效孔径为0.35nm，比表面积为5m2/g，孔容积0.013cm3/g)，与聚偏 氟乙烯于60°C烘箱干燥后，按照8:1的比例充分研磨均匀，在溶剂1-甲基-2-吡咯烷酮作用 下混合均匀呈粘稠浆糊状，充分搅拌6h后，涂膜，集流体为涂炭铜箱。将上述极片在120°C烘 箱中充分干燥12h后，制备为直径为14mm的负极片。将该负极片与电解液（lmol/L NaC104， 1:1的碳酸乙酯和碳酸二乙酯）、玻璃纤维、钠片组装成钠离子电池。
[0054] 实施例2
[0055] 将碳分子筛贰(有效孔径为0.40!11，比表面积为161112/^，孔容积0.015〇11 3/^)，与导电 炭黑和聚偏氟乙烯于60°C，烘箱干燥后，按照8:1:1的比例充分研磨均匀，在溶剂1-甲基-2-吡咯烷酮作用下混合均匀呈粘稠浆糊状，充分搅拌6h后，涂覆在集流体上，集流体为涂炭铜 箱。将上述极片在120°C烘箱中充分干燥12h后，冲为直径为14_的负极片。将该负极片与电 解液(lmol/L NaCKk，1:1的碳酸乙酯和碳酸二乙酯）、玻璃纤维、钠片组装成钠离子电池。 [0056] 实施例3
[0057] 将碳分子筛叁(有效孔径为0.6nm，比表面积为36m2/g，孔容积0.15cm3/g)，与导电 炭黑和聚偏氟乙烯于60°C，烘箱干燥后，按照8:1:1的比例充分研磨均匀，在溶剂1-甲基-2-吡咯烷酮作用下混合均匀呈粘稠浆糊状，充分搅拌6h后，涂覆在集流体上，集流体为涂炭铜 箱。将上述极片在120°C烘箱中充分干燥12h后，冲为直径为14_的负极片。将该负极片与电 解液(lmol/L NaCKk，1:1的碳酸乙酯和碳酸二乙酯）、玻璃纤维、钠片组装成钠离子电池。
[0058] 实施例4
[0059] 以2:1的质量比，准确称取分子筛肆和酚醛树脂，先用无水乙醇溶解酚醛树脂，然 后加入13X分子筛，超声波震荡吸附lh，密封磁力搅拌12h，然后在干燥箱中烘干，接着将材 料放入氧化铝方舟中，在管式炉中800°C碳化处理。整个碳化过程中，利用惰性气体氩气(A r)保护，A r流量70~80m L/min，碳化升温速度5°C/min，达到目标温度后，持续恒温4h，碳 化过程结束后，继续在氩气保护下，自然降至室温，即可得碳复合13X分子筛。然后利用玛瑙 研钵研成粉末，利用200目标准检验筛过滤，其粒径为0.078mm。
[0060] 碳复合13X分子筛与13X分子筛相比，其电导率由13X分子筛的5.20 X 1(T9S/Cm提高 到0 · 13S/cm;有效孔径为0 · 4017nm，比表面积为78m2/g(吸附剂为氮气），孔容积为0 · 09cm3/ g，相比13X分子筛各参数都有减小。添加的酚醛树脂进入13X分子筛的孔道、包覆在13X分子 筛表面从而缩小了分子筛的有效孔径。酚醛树脂在碳化后所得的碳以无定形碳为主，直接 留在原位，但生成的复合材料与原13X分子筛相比，骨架结构变化不大，材料可控性比较好。
[0061] 将上述制备的导电碳复合多孔材料，加入导电剂导电碳黑，粘结剂聚偏氟乙烯，比 例为7:1.5:1.5，制备成钠离子电池电极。进一步与对电极似附〇.说11(). 5〇2，电解液和隔膜组， 组装成钠离子电池。所制备的钠离子电池在100mA/g的电流下的首圈库伦效率为61%，容量 为260mAh/g.
[0062] 实施例5
[0063] 对比例1
[0064]将石墨，与导电炭黑和聚偏氟乙烯于60°C，烘箱干燥后，按照8:1:1的比例充分研 磨均匀，在溶剂1-甲基-2-吡咯烷酮作用下混合均匀呈粘稠浆糊状，充分搅拌6h后，涂覆在 集流体上，集流体为涂炭铜箱。将上述极片在120°C烘箱中充分干燥12h后，冲为直径为14mm 的负极片。将该负极片与电解液（lmo 1/L NaCKk，1:1的碳酸乙酯和碳酸二乙酯）、玻璃纤 维、钠片组装成钠离子电池。
[0065] 将实施例2和对比例1分别制备的钠离子电池进行比较，下表1可以看出。从电池的 首圈库伦效率可以看出，实施例2制备的钠离子电池首圈库伦效率能达到73%，而对比例1 制备的钠离子电池首圈库伦效率仅能达到34%。从循环500圈后的电池容量可以看出，实施 例2的电池容量还有240mAh/g，而对比例1的电池溶剂仅为32mAh/g。
[0066] 表1钠离子电池首圈库伦效率和循环500圈后的容量对比表
[0067]
【主权项】
1. 一种钠离子电池电极材料，其特征在于，该电极材料包括导电多孔材料，所述导电多 孔材料内部存在容钠孔，所述容钠孔的有效孔径为0.2~50nm，所述容钠孔的比表面积为 0.5~25001112/^，所述容钠孔的孔容积为0.0102~1.8〇113/8。2. 如权利要求1所述的钠离子电池电极材料，其特征在于，所述容钠孔的有效孔径为 0.3~20nm，所述容钠孔的比表面积为1~1000m2/g，所述容钠孔的孔容积为0.0136~ 1.5cm3/g，所述容钠孔的孔深为0.2~5nm，所述导电多孔材料的容钠孔占材料中孔总数的 50~60%以上。3. 如权利要求2所述的钠离子电池电极材料，其特征在于，容钠孔的有效孔径为0.3~ 0.6nm，所述容钠孔的比表面积为2~300m2/g，所述容钠孔的孔容积为0.0136~0.17cm3/g。4. 如权利要求1所述的钠离子电池电极材料，其特征在于，所述导电多孔材料包括碳多 孔材料、导电碳复合多孔材料和非碳多孔材料中的一种或几种。5. 如权利要求4所述的钠离子电池电极材料，其特征在于，所述导电碳复合多孔材料是 由碳的前驱体与非碳多孔材料复合制备得到的复合材料，所述非碳多孔材料包括但不限于 多孔聚合物、多孔金属、多孔金属氧化物、多孔金属硫化物、多孔硅化物、多孔氮化物和多孔 合金材料中的一种或几种。6. 如权利要求4所述的钠离子电池电极材料，其特征在于，所述碳多孔材料包括玻璃 碳、模板碳、石墨烯、碳分子筛、碳纳米管、氧化石墨、碳纳米球、碳量子点、活性炭和木质素 中的一种或几种。7. 如权利要求1所述的钠离子电池电极材料，其特征在于，所述导电多孔材料为碳分子 筛，所述碳分子筛的有效孔径为0.3~0.6nm，所述容钠孔的比表面积为2~40m 2/g，所述容 钠孔的孔容积为〇. 013~0.15cm3/g。8. -种钠离子电池电极，包含如权利要求1所述的钠离子电池电极材料和辅助成分。9. 一种钠离子电池，包含权利要求8所述的电池电极，所述电池电极用于正极和负极中 的至少一方。10. 如权利要求9所述的钠离子电池，其特征在于，所述电池的首圈库伦效率为60%以 上，循环200圈后的容量为200mAh/g以上。
【专利摘要】本发明提供一种钠离子电池电极材料，该电极材料为导电多孔材料，所述导电多孔材料内部存在容钠孔，所述容钠孔的有效孔径为0.2～50nm，所述容钠孔的比表面积为0.5～2500m2/g，所述容钠孔的孔容积为0.0102～1.8cm3/g，所述容钠孔的孔深为0.2～5nm。本发明还提供使用该电极材料制备的电极和电池。该电极材料具有良好的钠离子脱嵌通道，且钠离子与溶剂的基团不能进去孔的内部，电池表现出较高的可逆容量和较好的倍率性能。
【IPC分类】H01M4/587, H01M10/05
【公开号】CN105514438
【申请号】CN201510999992
【发明人】杨全红, 张思伟, 康飞宇, 游从辉, 吕伟, 李宝华, 贺艳兵
【申请人】清华大学深圳研究生院
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月25日