钠电池用氮掺杂负极材料的制备方法与流程

本发明涉及负极材料领域技术，尤其是指一种钠电池用氮掺杂负极材料的制备方法。

背景技术：

1、随着新能源产业的快速发展，市场对于锂离子电池的需求量激增，而锂的全球储量较为匮乏，将无法满足未来需求。钠离子电池的工作原理与锂离子电池相似，但是钠的储量更加丰富，因此钠离子电池的研究发展迅速，备受瞩目。但是由于钠离子的原子半径比锂离子的原子半径更大，难以进入如石墨等传统的锂电池负极材料的层间距中，而如硬碳等无定形碳的层间距比石墨的层间距更大，能够更好地储存钠离子，是钠离子电池的理想负极材料。

2、所以，硬碳负极材料成为了钠离子电池中最为常用的负极材料。而目前硬碳负极材料的制备工艺路线长，产品指标严苛，构效关系也比较复杂，且虽然硬碳负极材料的储钠性能良好，但依旧存在可容量偏低，首次效率低和长循环稳定性差的缺陷。因此，有必要提出一种新的方案对上述问题进行改进。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种钠电池用氮掺杂负极材料的制备方法，其所制备出的负极材料可容量偏低，首次效率低和长循环稳定性差的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

3、一种钠电池用氮掺杂负极材料的制备方法，包括有以下步骤：

4、(1)制备石墨相氮化碳：将研磨好的三聚氰胺放入坩埚中，并用锡纸包好，接着，将其放入马弗炉中，在空气氛围下，以2-8℃/min的升温速率加热至550℃，保温煅烧2h，自然冷却后，将煅烧产物研磨成粉末并过325目筛网，得到石墨相氮化碳粉末；

5、(2)预处理：将步骤(1)得到的石墨相氮化碳粉末加入到饱和草酸溶液中，搅拌24h，再超声1h，接着，在120-200℃下水热24h，得到水热产物，然后，将水热产物抽滤后，先后用丙酮和乙醇进行清洗，干燥，得到酸处理的石墨相氮化碳；

6、(3)将三乙酰氧基硼氢化钠与酸处理的石墨相氮化碳进行混合与研磨，三乙酰氧基硼氢化钠与酸处理的石墨相氮化碳的质量比为(3-8):1，接着，放入马弗炉中，在氩气氛围下，以5-15℃/min的升温速率加热到550℃，保温煅烧3h，自然冷却后，将煅烧产物放入60℃去离子水中搅拌24h，抽滤后，放入80℃的真空烘箱中干燥，干燥后研磨并过325目筛网，得到氮掺杂负极材料。

7、作为一种优选方案，所述氮掺杂负极材料的d50为7-11μm，比表面积为280-330m2/g，首次放电容量≥350mah/g，首次放电效率≥94％；循环500周后，放电容量≥318mah/g，循环保持率≥91％。

8、本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：

9、采用草酸对石墨相氮化碳进行刻蚀，破坏其类石墨层间结构，引入含氧基团，改善其电化学性能，增大层间距，使钠离子嵌入更加容易；采用三乙酰氧基硼氢化钠对石墨相氮化碳进行脱氮还原，将氮含量降低至合适的水平以提升储钠能力，既保证较高的氮含量，同时也避免氮含量过高造成巨大的首次不可逆容量损失；同时，还会将硼元素掺杂进结构中，进而提升储钠容量；并且，还会对硬碳进行预钠化处理，保证其在比表面积较大的情况下，仍有极佳的库伦效率，进而减少电极极化，提高倍率性能。

10、为更清楚地阐述本发明的功效，下面结合具体实施例来对本发明进行详细说明：

技术特征：

1.一种钠电池用氮掺杂负极材料的制备方法，其特征在于：包括有以下步骤：

2.根据权利要求1所述的钠电池用氮掺杂负极材料的制备方法，其特征在于：所述氮掺杂负极材料的d50为7-11μm，比表面积为280-330m2/g，首次放电容量≥350mah/g，首次放电效率≥94％；循环500周后，放电容量≥318mah/g，循环保持率≥91％。

技术总结
本发明公开一种钠电池用氮掺杂负极材料的制备方法，其选用三聚氰胺制备石墨相氮化碳，再进行预处理，最后，与三乙酰氧基硼氢化钠混合后进行煅烧，得到氮掺杂负极材料。采用草酸对石墨相氮化碳进行刻蚀，破坏其类石墨层间结构，引入含氧基团，改善其电化学性能，增大层间距，使钠离子嵌入更加容易；采用三乙酰氧基硼氢化钠对石墨相氮化碳进行脱氮还原，将氮含量降低至合适的水平以提升储钠能力，既保证较高的氮含量，同时也避免氮含量过高造成巨大的首次不可逆容量损失；同时，还会将硼元素掺杂进结构中，进而提升储钠容量；并且，还会对硬碳进行预钠化处理，保证其在比表面积较大的情况下，仍有极佳的库伦效率，进而减少电极极化，提高倍率性能。

技术研发人员：宋宏芳,白宇,岳星辰,滕克军,赵东辉
受保护的技术使用者：上海翔丰华科技发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11