一种碳复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于钠离子电池，具体涉及一种碳复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、减少化石燃料的使用，促进清洁能源的发展是完成全球碳中和使命的重要举措。鉴于可持续能源的产生通常是间歇性的，因此开发储能装置用于这些可再生能源的转换和存储至关重要。

2、以锂/钠/钾离子电池为代表，锂离子电池因锂资源在地球上分布不均且有限而面临严峻挑战。钠离子电池因具有与其相似的工作原理，而引起了学术界和工业界的极大兴趣。

3、人们致力于开发用于钠离子电池的正极、负极、电解质和其他电池配件。在负极方面，传统的负极材料包括金属氧化物/硫化物/磷化物等。其中，对于金属硫化物来说，虽然具有较高的理论比容量，但是其循环稳定性较差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种碳复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的碳复合材料应用到钠离子电池的负极，能够进一步提高电池的循环稳定性。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种碳复合材料，所述改性生物质衍生碳和包覆在所述生物质衍生碳表面的碳层；

4、所述改性生物质衍生碳包括生物炭载体和负载在所述生物炭载体上的金属硫化物。

5、优选的，所述金属硫化物包括硫化锡和/或硫化锑；

6、所述金属硫化物在所述改性生物质衍生碳上的负载质量百分含量为30～50％。

7、优选的，所述改性生物质衍生碳和碳层的质量比为90：10。

8、本发明还提供了上述技术方案所述的碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

9、将金属盐、黑曲霉菌球和乙醇混合，进行振荡培养，得到前驱体；

10、将所述前驱体进行第一煅烧，得到掺杂生物炭；

11、将所述掺杂生物炭和硫源混合，进行第二煅烧，得到改性生物质衍生碳；

12、将所述改性生物质衍生碳和盐酸多巴胺缓冲溶液混合，进行第三煅烧，得到所述碳复合材料。

13、优选的，所述金属盐包括锡盐和/或锑盐；

14、所述金属盐和黑曲霉菌球的质量比为13～21：1；

15、所述金属盐和乙醇的用量比为13～21g：300ml。

16、优选的，所述振荡培养的温度为35℃，时间为24h。

17、优选的，所述硫源包括硫脲和/或升华硫；

18、所述硫源和掺杂生物炭的质量比为4：1。

19、优选的，所述盐酸多巴胺缓冲溶液的浓度为0.5mg/ml；

20、所述改性生物质衍生碳和盐酸多巴胺缓冲溶液的用量比为100mg：40ml。

21、优选的，所述第一煅烧的温度为500～600℃，保温时间为1～2h；

22、所述第二煅烧的温度为400℃，保温时间为2～4h；

23、所述第三煅烧的温度为400℃，保温时间为1～2h。

24、本发明还提供了上述技术方案所述的碳复合材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的碳复合材料在钠离子电池负极中的应用。

25、本发明提供了一种碳复合材料，所述改性生物质衍生碳和包覆在所述生物质衍生碳表面的碳层；所述改性生物质衍生碳包括生物炭载体和负载在所述生物炭载体上的金属硫化物。本发明将金属硫化物引入生物质衍生碳纤维中，可以有效缓冲和抑制金属硫化物在充放电过程中的体积膨胀问题，解决材料因为钠嵌入和脱出而导致的结构坍塌，显著提高材料的循环稳定性。另一方面，碳包覆策略可以有效改善金属硫化物导电性差的问题，促进了电极材料中电子的转移，提高了材料的倍率性能。

技术特征：

1.一种碳复合材料，其特征在于，所述改性生物质衍生碳和包覆在所述生物质衍生碳表面的碳层；

2.根据权利要求1所述的碳复合材料，其特征在于，所述金属硫化物包括硫化锡和/或硫化锑；

3.根据权利要求1所述的碳复合材料，其特征在于，所述改性生物质衍生碳和碳层的质量比为90：10。

4.权利要求1~3任一项所述的碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐包括锡盐和/或锑盐；

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述振荡培养的温度为35℃，时间为24h。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述硫源包括硫脲和/或升华硫；

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述盐酸多巴胺缓冲溶液的浓度为0.5mg/ml；

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一煅烧的温度为500~600℃，保温时间为1~2h；

10.权利要求1~3任一项所述的碳复合材料或权利要求4~9任一项所述的制备方法制备得到的碳复合材料在钠离子电池负极中的应用。

技术总结
本发明属于钠离子电池技术领域，具体涉及一种碳复合材料及其制备方法和应用。本发明提供了一种碳复合材料，所述改性生物质衍生碳和包覆在所述生物质衍生碳表面的碳层；所述改性生物质衍生碳包括生物炭载体和负载在所述生物炭载体上的金属硫化物。本发明将金属硫化物引入生物质衍生碳纤维中，可以有效缓冲和抑制金属硫化物在充放电过程中的体积膨胀问题，解决材料因为钠嵌入和脱出而导致的结构坍塌，显著提高材料的循环稳定性。另一方面，碳包覆策略可以有效改善金属硫化物导电性差的问题，促进了电极材料中电子的转移，提高了材料的倍率性能。

技术研发人员：韩炜,李栋栋,李俊志
受保护的技术使用者：吉林嘉能钠电科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24