一种高容量沥青基硬炭材料、及其制备方法、及其应用与流程

本发明涉及负极材料，具体地说，涉及一种高容量沥青基硬炭材料、及其制备方法、及其应用。

背景技术：

1、随着市场对钠离子电池能量密度要求的提高，要求钠离子电池负极材料所用硬碳具有高的比容量及其压实密度，目前市场化的硬碳的比容量约为300mah/g，压实密度约为1.0g/cm3造成材料的能量密度较低；而提升硬碳能量密度的措施主要从原料选型、材料掺杂及其通过造孔等工艺提升材料的比容量，同时需要兼顾材料的快充性能。在此之下，沥青作为一种各项同性高、原料来源广泛及其一致性高、压实密度高及其动力学性能好等优点作为负极材料，但存在比容量偏低等缺陷，需要通过对其表面进行氧化造孔形成纳米微米孔洞，提升材料的储钠功能。

2、如公开号为cn115991467a的专利公开了一种钠离子电池用氧化沥青基硬碳负极材料及其制备方法，其制备方法为，使用流化床调整温度对粉碎沥青进行氧化处理，得到氧化前驱体，高温碳化处理，制备得到钠离子电池用氧化沥青基硬碳负极材料，采用流化床对沥青进行氧化改性，使沥青均匀氧化，氧化程度加深，交联结构充分，碳化后层间距更大，闭孔增加，提升材料的比容量，但是存在比容量提升幅度不大，功率性能偏差、首次效率偏低等缺陷限制其能量密度的提升。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题：

2、用以解决现有技术中负极材料存在的比容量提升幅度不大、功率性能偏差、首次效率偏低的问题。

3、本发明采用的技术方案：

4、针对上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种高容量沥青基硬炭材料、及其制备方法、及其应用，通过在氧化沥青中添加硫基交联剂和有机钠盐，提升材料的交联程度及其减少缺陷，提升材料的比容量和钠离子扩散速率，提升倍率性能。

5、具体内容如下：

6、第一，本发明提供了一种高容量沥青基硬炭材料的制备方法，包括如下步骤：

7、s1沥青经氧化处理得到氧化沥青；

8、s1中，包括如下特征：

9、向沥青中通入氧气混合气体，经热处理一得到；氧气混合气体：氧气、氮气的体积比为9:1；速率为10～100l/h；热处理一：温度150～250℃、时间1～6h。

10、s2氧化沥青、巯基交联剂、有机钠盐经交联、热处理二得到硬炭材料；

11、s2中，包括如下特征：

12、巯基交联剂包括4-巯基苯甲酸、3-巯基谷胺酸、3-巯基丙酸乙酯、2-巯基苯甲酸、2-巯基苯并噻唑、2-巯基丙酸乙酯中的至少一种；有机钠盐包括丙戊酸钠、丙酮酸钠、醋酸钠、羟基苯磺酸钠、抗坏血酸钠中的至少一种。

13、氧化沥青、巯基交联剂、有机钠盐的质量比为100:10～30:1～10。

14、热处理二：温度1200～1500℃，时间1～6h；热处理二中通入磷化氢混合气体；磷化氢混合气体：磷化氢、氩气的体积比为0.5～5:10，流量为10～100ml/min。

15、第二，本发明提供了一种由前述的制备方法得到的硬炭材料。

16、第三，本发明提供了一种前述提及的硬炭材料在钠离子电池的应用。

17、本发明达到的技术效果：

18、(1)利用氧化沥青表面丰富的羟基、羧基化学基团与硫基交联剂交联形成较多的孔洞结构，用以提升材料的储钠功能；同时掺杂有机钠盐，碳化后得到钠掺杂无定形碳提升充放电过程中钠离子的嵌脱速率，改善倍率性能。

19、(2)通过通入还原性的磷化氢气体，与材料表面的含氧化学基团发生化学反应，ph3+o2＝p+h2o,实现材料表面的磷掺杂及其在材料表面形成较多的孔洞提升材料的比容量。

技术特征：

1.一种高容量沥青基硬炭材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s1包括特征(s1-1)：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，s1包括特征(s1-1-1)至(s1-1-2)中的至少一个：

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，s1包括特征(s1-1-3)：

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的制备方法，其特征在于，s2包括特征(s2-1)至(s2-2)中的至少一个：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，s2包括特征(s2-3)：

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，s2包括特征(s2-4)至(s2-5)中的至少一个：

8.根据要求7所述的制备方法，其特征在于，s2包括特征(s2-5-1)：

9.一种如权利要求1至8中任意一项所述的制备方法得到的硬炭材料。

10.如权利要求9所述的硬炭材料在钠离子电池的应用。

技术总结本发明涉及负极材料技术领域，公开了一种高容量沥青基硬炭材料、及其制备方法、及其应用，制备方法包括如下步骤：沥青经氧化处理得到氧化沥青；S2氧化沥青、巯基交联剂、有机钠盐经交联、热处理二得到硬炭材料。本申请提供的硬炭材料，利用硫基交联剂形成的纳米微米孔洞提升材料的储钠功能，并通过气体掺杂磷提升材料的比容量。所得复合材料应用于钠离子电池，提升能量密度及其循环性能。技术研发人员：李佳坤,王昌华,谢凤强,林昌彪,覃伟才,李祥波受保护的技术使用者：梧州市同创新能源材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/27