一种钠离子电池用多层核壳结构的硬碳负极材料及其制备方法

本发明涉及电池用负极材料，更具体地说，是涉及一种钠离子电池用多层核壳结构的硬碳负极材料及其制备方法。

背景技术：

1、由于钠离子的半径远大于锂离子，导致目前商业化的碳负极材料无法用作钠离子电池负极材料。硬碳被认为是钠离子电池负极材料的最佳选择，但普遍存在可逆容量低、首次库伦效率低、导电性差等问题。因此需要迫切需要进行结构改性，以促进高容量长寿命硬碳负极材料的商业化应用。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种钠离子电池用多层核壳结构的硬碳负极材料及其制备方法，以解决目前硬碳作为钠离子电池负极材料普遍存在可逆容量低、首次库伦效率低、导电性差的技术问题，克服现有技术的不足。

2、本发明解决其技术问题的技术方案是：一种钠离子电池用多层核壳结构的硬碳负极材料，其特征在于，内核由纳米化的硬碳与碳纳米管组成，硬碳是由松果、核桃壳、环氧树脂、木屑的一种或多种材料制备而成，其纳米尺度不大于50nm，硬碳中均匀穿插碳纳米管，碳纳米管的管径不大于20nm，外部分布纳米钛或纳米铋球，纳米钛或纳米铋球的直径尺寸为不大于100nm，纳米钛或纳米铋球用柠檬酸裂解碳或沥青裂解碳包覆层固定在内核的外部。

3、上述钠离子电池用多层核壳结构的硬碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

4、1)取松果、核桃壳、环氧树脂、木屑的一种或多种，按质量比3wt％～10wt％称取碳纳米管，管径不大于20nm，放入纳米球磨机中在无水乙醇环境下球磨5～20小时，取出后60～120℃真空干燥24小时以上；

5、2)在氮气或氩气气氛下以2～5℃/min加热至400～600℃，保温2～6小时，后继续2～5℃/min加热至900～1200℃，保温2～6小时，自然降至常温，得到半成品a；

6、3)按质量比半成品a：纳米铋或钛粉体：柠檬酸或沥青＝80:(1～5):(15～19)，按比例称取，放入球磨机中球磨机中球磨2～6小时，经真空干燥或喷雾干燥，在氮气或氩气气氛下以2～5℃/min从常温加热至400～600℃，保温时间为2～6小时，自然降至常温，得到目标产物。

7、本发明的有益效果是：

8、(1)硬碳的纳米化，能有效提升硬碳中钠离子的输运速度，全面提升导电性能；

9、(2)硬碳中均匀分布的碳纳米管，进一步提供钠离子快速输运的通道，继续提升材料的导电性能；

10、(3)外壳层分布纳米钛或者纳米铋金属球，一方面能有效提升材料的可逆容量，另一方面也有利于强化材料表面的导电性和表面稳定性，降低比表面积引入的首次不可逆容量，提升首次库伦效率；

11、(4)外包覆具有硬度的柠檬酸或沥青裂解碳，一方面起固定纳米铋或纳米钛的作用，另一方面将可能存在的体积膨胀限制在包覆结构内部，对外不显示任何的体积膨胀，促进材料的商业化应用。

技术特征：

1.一种钠离子电池用多层核壳结构的硬碳负极材料，其特征在于：内核由纳米化的硬碳与碳纳米管组成，硬碳是由松果、核桃壳、环氧树脂、木屑的一种或多种材料制备而成，其纳米尺度不大于50nm，硬碳中均匀穿插碳纳米管，碳纳米管的管径不大于20nm，外部分布纳米钛或纳米铋球，纳米钛或纳米铋球的直径尺寸为不大于100nm，纳米钛或纳米铋球用柠檬酸裂解碳或沥青裂解碳包覆层固定在内核的外部。

2.根据权利要求1所述的钠离子电池用多层核壳结构的硬碳负极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种钠离子电池用多层核壳结构的硬碳负极材料，内核由纳米化的硬碳与碳纳米管组成，硬碳是由松果、核桃壳、环氧树脂、木屑的一种或多种材料制备而成，其纳米尺度不大于50nm，硬碳中均匀穿插碳纳米管，碳纳米管的管径不大于20nm，外部分布纳米钛或纳米铋球，纳米钛或纳米铋球的直径尺寸为不大于100nm，纳米钛或纳米铋球用柠檬酸裂解碳或沥青裂解碳包覆层固定在内核的外部。本发明的硬碳纳米化，能有效提升硬碳中钠离子的输运速度，全面提升导电性能。外包覆具有硬度的柠檬酸或沥青裂解碳，一方面起固定纳米铋或纳米钛的作用，另一方面将可能存在的体积膨胀限制在包覆结构内部，对外不显示任何的体积膨胀，促进材料的商业化应用。

技术研发人员：黄钊文,李友朋,黄诗媚
受保护的技术使用者：顺德职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15