硬碳负极材料及其制备方法、负极片、钠离子电池和用电设备与流程

本发明涉及钠离子电池，具体而言，涉及硬碳负极材料及其制备方法、负极片、钠离子电池和用电设备；更具体地，涉及用于钠离子电池的硬碳负极材料及其制备方法、负极片、钠离子电池和用电设备。

背景技术：

1、随着新能源车市场的快速兴起和爆发，以碳酸锂为代表的锂电池材料价格持续上涨，这推动了钠电池产业链的加速布局。钠资源较锂资源而言限制程度较低，我国钠资源存量丰富，分布广泛，可以支撑产业链大规模可持续发展，同时保障我国的能源安全。

2、钠离子的离子半径比锂离子大，传统的石墨负极材料层间距(0.335nm)过小，钠离子不容易在其中脱嵌，需要开发更大层间距及孔隙的碳材料作为其负极材料。硬碳又称“非石墨化碳”，通常是难以被石墨化的碳材料的统称。硬碳材料呈现长程无序排列，不同取向的微区之间形成了丰富的纳米孔道。值得关注的是，硬碳的石墨片层间距通常在0.37～0.40nm之间，远比石墨大，因此，拥有更强的存储能力和更高的储钠容量。

3、然而，目前的硬碳负极材料存在制备工艺复杂、可逆比容量低(300mah/g以下)、库伦效率差等问题，限制了硬碳在钠离子电池中的应用。因此开发可量产型高容量硬碳负极材料成为本领域急需解决的问题。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种用于钠离子电池的硬碳负极材料，以阳离子交换树脂为载体材料，锌盐为造孔剂，通过将造孔剂和碳源前驱体分散在阳离子交换树脂内部，高温碳化制备硬碳负极材料，将其作为钠离子电池负极材料应用，可以展现出高的容量和首次库伦效率。

2、本发明的第二目的在于提供一种用于钠离子电池的硬碳负极材料的制备方法，该方法具有操作简单、工艺流程短以及易于实现量产等优点。

3、本发明的第三目的在于提供一种负极片。

4、本发明的第四目的在于提供一种钠离子电池。

5、本发明的第五目的在于提供一种用电设备。

6、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

7、本发明提供了一种用于钠离子电池的硬碳负极材料，所述硬碳负极材料主要由锌盐和碳源分散在阳离子交换树脂内部的复合材料经碳化后制得。

8、本发明提供了一种用于钠离子电池的硬碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：

9、将锌盐、碳源、阳离子交换树脂和溶剂混合，使至少部分所述锌盐和至少部分所述碳源分散在所述阳离子交换树脂的内部，然后固液分离，得到复合材料；

10、所述复合材料经碳化后，得到所述硬碳负极材料。

11、本发明提供了一种负极片，包括所述的用于钠离子电池的硬碳负极材料。

12、本发明提供了一种钠离子电池，包括所述的负极片。

13、本发明提供了一种用电设备，包括所述的钠离子电池。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

15、(1)本发明提供的硬碳负极材料，以阳离子交换树脂为载体材料，锌盐为造孔剂，将造孔剂和碳源前驱体分散在阳离子交换树脂内部，高温碳化后制备得到硬碳负极材料，将其作为钠离子电池负极材料，可以展现出高的容量和首次库伦效率。

16、(2)本发明提供的硬碳负极材料，层间距较大，比表面积较小。

17、(3)本发明提供的硬碳负极材料，采用残碳量>10％的碳源，可以降低成本。

18、(4)本发明提供的硬碳负极材料，通过加入阳离子交换树脂，可以显著限制高残碳量碳源的体积膨胀现象，进一步降低了硬碳材料的比表面积。

19、(5)本发明提供的硬碳负极材料的制备方法，简单易行，工艺流程短，易于实现规模化生产。

技术特征：

1.用于钠离子电池的硬碳负极材料，其特征在于，所述硬碳负极材料主要由锌盐和碳源分散在阳离子交换树脂内部的复合材料经碳化后制得。

2.根据权利要求1所述的用于钠离子电池的硬碳负极材料，其特征在于，包含以下特征(1)至(5)中的至少一项：

3.根据权利要求1所述的用于钠离子电池的硬碳负极材料，其特征在于，所述碳源的残碳量>10％；

4.如权利要求1～3任一项所述的用于钠离子电池的硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的用于钠离子电池的硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述碳源和所述阳离子交换树脂的质量比为1：0.1～20；

6.根据权利要求4所述的用于钠离子电池的硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，包含以下特征(1)至(4)中的至少一项：

7.根据权利要求4所述的用于钠离子电池的硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，包含以下特征(1)至(4)中的至少一项：

8.负极片，其特征在于，包括如权利要求1～3任一项所述的用于钠离子电池的硬碳负极材料。

9.钠离子电池，其特征在于，包括如权利要求8所述的负极片。

10.用电设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的钠离子电池。

技术总结
本发明涉及钠离子电池技术领域，具体而言，涉及硬碳负极材料及其制备方法、负极片、钠离子电池和用电设备。用于钠离子电池的硬碳负极材料主要由锌盐和碳源分散在阳离子交换树脂内部的复合材料经碳化后制得。本发明以阳离子交换树脂为载体材料，锌盐为造孔剂，通过将造孔剂和碳源分散在阳离子交换树脂内部，高温碳化制备硬碳负极材料，将其作为钠离子电池负极材料应用，可以展现出高容量和高首次库伦效率。

技术研发人员：谭清彬,李忆秋,李礼,赵高超,苏道东
受保护的技术使用者：泰安市法拉第能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16