硬碳材料的制备方法、负极材料、负极和钠离子电池

本申请涉及钠离子电池，具体涉及一种硬碳材料的制备方法、负极材料、负极和钠离子电池。

背景技术：

1、锂离子电池已广泛应用于便携式电子产品、动力汽车和规模储能等领域，随着行业的发展，对锂的需求变大；然而，锂资源匮乏和分布不均所导致的锂矿价格过高，严重限制了其发展，不能满足储能电池的日益发展。

2、与锂离子电池相比，钠离子电池凭借钠储量大、成本低等优点，在众多体系中是最具有发展前景的替代技术，成为规模储能领域的一个强有力的候选者。钠离子电池与锂离子电池工作原理相似，开发难度较低，目前已效仿锂离子正极材料成功研发出性能优异的正极材料，但是传统的负极材料石墨和硅碳被发现难以进行储钠，不能作为钠离子电池的负极材料使用。硬碳材料具有高度无序的结构和丰富的微孔结构，为钠离子提供了大量的活性位；同时较大的层间距也利于钠离子的传输。

3、目前大量的研究者选用价格昂贵的树脂基材料作为前驱体，不利于商业化的发展。选用生物质作为前驱体来源广泛、价格低廉，但目前材料的处理方式较为繁琐，产品的一致性难以保证，增加了大规模生产的难度和成本，同时倍率性能和循环性能较差，因此急需开发成本低廉、高效方便、电化学性能优异的硬碳材料和高效的制备工艺。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供一种硬碳材料的制备方法、负极材料、负极和钠离子电池，以利于解决现有技术中钠离子电池负极材料存在的问题。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种硬碳材料的制备方法，包括：

3、以桑树枝为前驱体制备桑树枝衍生硬碳材料。

4、在一种可能的实现方式中，所述以桑树枝为前驱体制备桑树枝衍生硬碳材料，包括：

5、在保护气体下，对前驱体粉末进行高温碳化处理，得到初步碳化粉末，所述前驱体粉末为桑树枝粉末；

6、将初步碳化粉末加入到盐酸溶液中进行加热搅拌处理，洗涤、干燥得到桑树枝衍生硬碳材料。

7、在一种可能的实现方式中，在所述在保护气体下，对所得前驱体粉末进行高温碳化处理，得到初步碳化粉末，所述前驱体粉末为桑树枝粉末之前，所述方法还包括：

8、将桑树枝剥皮剪成段后进行清洗、烘干、球磨得到所述前驱体粉末。

9、在一种可能的实现方式中，所述烘干的温度为100-140℃，烘干的时间为12-24h。

10、在一种可能的实现方式中，所述球磨的转速为400-480r/min，球磨的时间为1-4h。

11、在一种可能的实现方式中，所述保护气体为氩气和/或氮气，所述保护气体的流速为40-60ml/min。

12、在一种可能的实现方式中，所述高温碳化处理的温度为1000-1400℃，时间为2-5h，升温速率为3-5℃/min，自然降至室温。

13、第二方面，本申请实施例提供了一种钠离子电池负极材料，包括：

14、采用第一方面任一项所述的方法制备的桑树枝衍生硬碳材料。

15、第三方面，本申请实施例提供了一种钠离子电池负极，包括：

16、载体，所述载体为片状；

17、涂覆层，所述涂覆层均匀涂覆在所述载体上，所述涂覆层包括导电剂、粘结剂和第二方面所述的钠离子电池负极材料。

18、第四方面，本申请实施例提供了一种钠离子电池，包括第三方面所述的钠离子电池负极。

19、在本申请实施例中，硬碳材料的原料来源广，廉价易得，制备工艺简单、对环境友好，能够适用于大规模生产。另外，以桑树枝为前躯体制备的硬碳材料含有丰富的氮、磷元素，提高了材料的导电性，为钠离子存储提供了丰富的活性位点，作为钠离子电池负极，具有优异的倍率性能和循环稳定性，应用前景广阔。

技术特征：

1.一种硬碳材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以桑树枝为前驱体制备桑树枝衍生硬碳材料，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述在保护气体下，对所得前驱体粉末进行高温碳化处理，得到初步碳化粉末，所述前驱体粉末为桑树枝粉末之前，所述方法还包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述烘干的温度为100-140℃，烘干的时间为12-24h。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述球磨的转速为400-480r/min，球磨的时间为1-4h。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述保护气体为氩气和/或氮气，所述保护气体的流速为40-60ml/min。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述高温碳化处理的温度为1000-1400℃，时间为2-5h，升温速率为3-5℃/min，自然降至室温。

8.一种钠离子电池负极材料，其特征在于，包括：

9.一种钠离子电池负极，其特征在于，包括：

10.一种钠离子电池，其特征在于，包括权利要求9所述的钠离子电池负极。

技术总结
本申请实施例提供了一种硬碳材料的制备方法、负极材料、负极和钠离子电池，所述方法包括：以桑树枝为前驱体制备桑树枝衍生硬碳材料。在本申请实施例中，硬碳材料的原料来源广，廉价易得，制备工艺简单、对环境友好，能够适用于大规模生产。另外，以桑树枝为前躯体制备的硬碳材料含有丰富的氮、磷元素，提高了材料的导电性，为钠离子存储提供了丰富的活性位点，作为钠离子电池负极，具有优异的倍率性能和循环稳定性，应用前景广阔。

技术研发人员：申来法,王科峰
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16