一种钠离子电池生物质碳负极材料的制备方法及应用

本发明涉及钠离子电池，具体而言，尤其涉及一种钠离子电池生物质碳负极材料的制备方法及应用。

背景技术：

1、锂离子电池具有能量密度高和循环寿命长的特点，已广泛应用于便携式电子设备、电动工具、电动汽车和储能领域。随着锂离子电池的广泛使用，锂源的价格逐渐升高，同时全球锂资源储量有限。锂资源的短缺和地理位置的限制，使得锂离子电池的研究和开发受限。钠离子电池因其原料储量丰富和成本低，近年来得到快速发展，在电化学储能领域有广阔的应用前景。钠离子电池负极主要是硬碳材料，金属钠的不可逆脱嵌，造成电池首次库伦效率降低，阻碍了钠离子电池的应用。

2、近年来，针对硬碳负极的首次库伦效率低的问题，对硬碳负极材料进行预钠化处理，包括物理预钠化(将金属钠粉加入到电极中)、接触预钠化(电解液下将金属钠片与极片接触)、化学反应预钠化[通过水热(金属盐体系)或者浸泡以及强还原性的预钠化试剂(钠-有机复合物)等化学反应]、电化学法预钠化(待处理电极与钠金属相连插入电解液中或组装成半电池在小电流下放电或者循环几圈)、正极预钠剂(利用富含钠的化合物如草酸钠、碳酸钠、乙二胺四乙基二钠等作为牺牲材料添加到正极中)。以上预钠化处理成本较高和工艺复杂，不利于大规模的生产。因此，寻找一种低成本和工艺简单的钠离子电池负极材料的制备方法具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种钠离子电池生物质碳负极材料的制备方法及应用，以调控硬碳负极材料的结构和对负极材料进行预钠化。通过在硬碳负极煅烧之前加入含钠材料，在煅烧过程中含钠材料会催化调控生物质组分的碳化过程，调节硬碳结构。同时，含钠材料高温分解均匀分布在硬碳结构当中，可以在电池运行过程中提供额外的钠源，有效补充因不可逆脱嵌引起的库伦效率低的问题，可显著提高硬碳负极材料的首次库伦效率和循环性能。

2、为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明一方面提供一种钠离子电池生物质碳负极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

4、(1)将生物质前驱体材料与含钠材料进行混合；

5、(2)将步骤(1)得到的混合物进行煅烧，得到生物质碳负极材料。

6、优选的，步骤(1)中的混合方法为球磨混合或浸渍混合。

7、优选的，所述球磨的速度为50-1000转/分，球磨的时间为2-20h；所述浸渍的时间为1-10h。

8、优选的，步骤(1)中，所述生物质前驱体材料和含钠材料的质量比为10-500：1。

9、优选的，步骤(1)中，所述生物质前驱体材料为椰子壳、稻谷壳、核桃壳、木耳、沥青、树脂、纤维素、木质素、木质素磺酸钠、蔗糖、淀粉、花粉、秸秆、木材、树叶、甘蔗渣、棉花、果皮、牛粪中的一种或几种。

10、优选的，步骤(1)中，所述含钠材料为碳酸钠、碳酸氢钠、氧化钠、氢氧化钠、硫酸钠、磷酸钠、硝酸钠、苯磺酸钠、氯化钠、硫化钠中的一种或几种。

11、优选的，步骤(2)中，所述煅烧的温度为600-1500℃，煅烧的时间为1-60h，煅烧气氛为氮气、氩气中的一种。

12、本发明另一方面提供一种上述制备方法制得的生物质碳负极材料在钠离子电池中的应用。

13、本发明的有益效果为：

14、1、本发明通过采用低成本的生物质原料通过高温碳化制备硬碳负极材料，生物质具有储量丰富、结构多样和成本低的特点，可以显著降低硬碳负极的制备成本。

15、2、本发明通过在煅烧过程之前加入含钠材料，采用含钠材料与生物质预先混合，可以改善生物质煅烧过程中结构转化，煅烧过程中含钠材料会调控生物质组分的碳化过程来调控硬碳结构，同时高温含钠材料分解均匀分布在硬碳中补充钠源，制备得到的硬碳材料用作钠离子电池负极具有较高的首次库伦效率和循环稳定性。

技术特征：

1.一种钠离子电池生物质碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的混合方法为球磨混合或浸渍混合；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述生物质前驱体材料和含钠材料的质量比为10-500：1。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述生物质前驱体材料为椰子壳、稻谷壳、核桃壳、木耳、沥青、树脂、纤维素、木质素、木质素磺酸钠、蔗糖、淀粉、花粉、秸秆、木材、树叶、甘蔗渣、棉花、果皮、牛粪中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含钠材料为碳酸钠、碳酸氢钠、氧化钠、氢氧化钠、硫酸钠、磷酸钠、硝酸钠，苯磺酸钠、氯化钠、硫化钠中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述煅烧的温度为600-1500℃，煅烧的时间为1-60h，煅烧气氛为氮气、氩气中的一种。

7.一种权利要求1-6任一项所述制备方法制得的生物质碳负极材料在钠离子电池中的应用。

技术总结本发明涉及钠离子电池技术领域，具体而言，尤其涉及一种钠离子电池生物质碳负极材料的制备方法及应用。所述方法包括以下步骤：(1)将生物质前驱体材料与含钠材料进行混合；(2)将步骤(1)得到的混合物进行煅烧，得到生物质碳负极材料。本发明通过在煅烧过程之前加入含钠材料，采用含钠材料与生物质预先混合，可以改善生物质煅烧过程中结构转化，煅烧过程中含钠材料会调控生物质组分的碳化过程来调控硬碳结构，同时高温含钠材料分解均匀分布在硬碳中补充钠源，制备得到的硬碳材料用作钠离子电池负极具有较高的首次库伦效率和循环稳定性。技术研发人员：任文锋,孙润仓,宿婷婷,赵正浩,李坤受保护的技术使用者：大连工业大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29