一种硬碳材料及其制备方法和钠离子电池与流程

本发明涉及钠离子电池材料，尤其是涉及一种硬碳材料及其制备方法和钠离子电池。

背景技术：

1、由于锂资源的稀缺和分布不均匀，成本增加，从而导致锂在大规模储能领域的应用受到限制。钠离子电池(sib)具有资源丰富的特点，成本低，与锂离子电池(lib)的电化学性能相似，可作为一种优越的替代方案，可以合理弥补lib资源的不足。

2、钠离子电池的负极材料中，硬碳因其层间间距大、工作电压平台低、容量大，具有较大的实际应用潜力。然而，这些硬碳在sib中的实际应用仍然受到两个主要障碍的限制，包括低初始库仑效率(ice)和由于前体的低碳产率或高成本而导致的高成本。因此，开发低价、高比容量的硬碳是推进sibs应用的迫切需要。

3、有鉴于此，特提出此发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种硬碳材料的制备方法，通过三步热解以及有机酸改性，提高了硬碳材料的容量；并且操作简单、成本低。

2、本发明的第二目的在于提供一种硬碳材料，具有高容量和高首次库伦效率。

3、本发明的第三目的在于提供一种钠离子电池，具有优异容量、首次库伦效率和循环性能。

4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

5、本发明提供了一种硬碳材料的制备方法，包括如下步骤：

6、s1、将生物质前驱体材料在含氧气氛下进行烧结，得到第一前驱体；

7、s2、将所述第一前驱体进行碳化，得到第二前驱体；

8、s3、将所述第二前驱体加入有机酸的溶液中混匀后，得到第三前驱体；其中，所述有机酸包括丁二酸、丙二酸和戊二酸中的至少一种；

9、s4、将所述第三前驱体进行碳化，得到所述硬碳材料。

10、进一步地，步骤s1中，所述生物质前驱体材料包括马铃薯淀粉、玉米淀粉、绿豆淀粉、椰子壳、花生壳、木质素和木屑中的至少一种。

11、进一步地，步骤s1中，所述烧结的温度为180～260℃，所述烧结的时间为2～24h。

12、进一步地，步骤s2中，所述碳化的温度为500～900℃，所述碳化的时间为1～6h。

13、进一步地，步骤s3中，所述有机酸的溶液中的溶剂为水、乙醇、丙醇、乙醚、乙酸乙酯、甘油和丙酮中的至少一种。

14、进一步地，步骤s3中，所述有机酸的溶液中有机酸的浓度为0.05～5mol/l。

15、进一步地，步骤s3中，所述混匀包括超声搅拌2～48h。

16、进一步地，所述碳化的温度为800～1500℃，所述碳化的时间为4～20h。

17、本发明还提供了一种硬碳材料，采用如上所述的硬碳材料的制备方法制得。

18、本发明还提供了一种钠离子电池，包括如上所述的硬碳材料。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

20、1、本发明提供的硬碳材料的制备方法，通过三步热解以及有机酸改性，提高了硬碳材料的容量；并且，该制备方法工艺简单、成本低廉、环境友好无污染，可用于工业化生产。

21、2、本发明的硬碳材料的制备方法制得的硬碳材料可作为钠离子电池的负极材料，有利于提高钠离子电池的容量、首次库伦效率以及循环性能；电池的比容量可达430mah/g以上，电池循环200次的容量保持率可达88.63％，提高了电池的使用性能。

技术特征：

1.一种硬碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述生物质前驱体材料包括马铃薯淀粉、玉米淀粉、绿豆淀粉、椰子壳、花生壳、木质素和木屑中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述烧结的温度为180～260℃，所述烧结的时间为2～24h。

4.根据权利要求1所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述碳化的温度为500～900℃，第二碳化的时间为1～6h。

5.根据权利要求1所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述有机酸的溶液中的溶剂包括水、乙醇、丙醇、乙醚、乙酸乙酯、甘油和丙酮中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述有机酸的溶液中有机酸的浓度为0.05～5mol/l。

7.根据权利要求1所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述混匀包括超声搅拌2～48h。

8.根据权利要求1所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述碳化的温度为800～1500℃，所述碳化的时间为4～20h。

9.一种硬碳材料，其特征在于，采用权利要求1～8任一项所述的硬碳材料的制备方法制得。

10.一种钠离子电池，其特征在于，包括权利要求9所述的硬碳材料。

技术总结
本发明涉及钠离子电池材料技术领域，尤其是涉及一种硬碳材料及其制备方法和钠离子电池。本发明的一种硬碳材料，包括如下步骤：S1、将生物质前驱体材料在含氧气氛下进行烧结，得到第一前驱体；S2、将所述第一前驱体进行碳化，得到第二前驱体；S3、将所述第二前驱体加入有机酸的溶液中混匀后，得到第三前驱体；其中，所述有机酸包括丁二酸、丙二酸和戊二酸中的至少一种；S4、所述第三前驱体进行碳化后，得到所述硬碳材料。本发明提供的硬碳材料的制备方法，通过三步热解以及有机酸改性，提高了硬碳材料的容量；制得的硬碳材料作为钠离子电池的负极材料，有利于提高钠离子电池的容量、首次库伦效率以及循环性能。

技术研发人员：周登林,杨应昌,陈静,王枝苏,石维,罗兴怀
受保护的技术使用者：贵州为方能源新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17