钠离子电池碳负极材料的制备方法与流程

本发明涉及二次电池，具体是一种钠离子电池碳负极材料的制备方法。

背景技术：

1、兰炭，又称半焦、焦粉，是利用神府、榆林、东胜煤田盛产的优质侏罗精煤块烧制而成的，结构为块状。粒度一般在3mm以上，颜色呈浅黑色。兰碳具有固定炭高、比电阻高、化学活性高、含灰份低、铝低、硫低、磷低的特性，可代替冶金焦、无烟块和木炭而广泛运用于电石、金属硅、铁合金、硅铁、铬铁、硅锰、碳化硅、化肥等产品的生产中。

2、钠离子电池因其资源丰富、成本低廉、与锂离子电池具有相同工作原理和相似电池结构，受到国内外学术界和产业界的广泛关注和研究。然而，由于缺乏实用化正负极材料，钠离子的产业化进程发展缓慢。现有的钠离子电池碳负极材料，要么通过强酸和强氧化物来引入含氧官能团，造成环境污染问题、产生高昂成本，要么使用简单的机械化学球磨的方法来修饰炭材料的含氧官能团，提高其作为钠离子电池负极时的电化学性能。

3、机械球磨由于无溶剂工作环境、成本低等优势成为常用的大规模材料制备、粉碎和固态混合的方法。“机械化学”是一种在机械力作用下引发物理化学反应。由于磨球提供的强烈冲击和剪切力直接作用于碳骨架中的c＝c/c-c键，球磨处理可对炭材料进行结构设计，赋予新的功能。然而，虽然现有技术公开了该方法虽然能可以提高电池负极的电化学性能，但提高的程度有限，该方法制得负极材料电化学性能仍然处于较差的水准。如中国专利cn 110255527a公开了一种生物质衍生富氧硬碳材料的制备方法及其应用，公开了一种将预碳化和高温热解的纤维素粉末采用干冰辅助球磨制得钠离子电池负极的方法，但是该方法制得的钠离子电池负极在半电池测试中，电流密度仅达到0.05mag-1，可逆储钠容量仅达到290ma g-1左右，难以满足高能量密度、高倍率性能钠离子电池的使用需求。

4、可见，现有技术方案所提供的钠离子电池碳负极材料，制备成本高、可逆容量低、倍率性能差，不能够满足高能量密度、高倍率性能钠离子电池的使用需求。钠离子电池要实现产业化突破，就需要寻求一种像锂离子电池石墨负极那样成本低廉且性能优异的负极材料。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种钠离子电池碳负极材料的制备方法，以至少达到成本低、环境友好、制得的钠离子电池负极材料性能优异的效果。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、一方面，提供一种钠离子电池碳负极材料的制备方法。

4、所述制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5、将兰炭进行预处理，然后进行高温炭化得到硬碳，将所述硬碳与干冰混合进行球磨，然后依次进行酸洗、水洗以及干燥，即得。

6、在一些实施例中，所述预处理依次包括：粉碎、研磨、酸浸、洗涤、过滤以及烘干。

7、在一些示例中，所述兰炭经过所述粉碎和研磨后，粒径为1-10μm。

8、所述酸浸的目的是除去兰炭中的杂质。

9、在一些示例中，所述酸浸中的所述酸为hcl与hf的混酸。

10、在一些示例中，所述hcl的浓度为5％，所述hf的浓度为3％。

11、示例性的，所述酸浸的时间为24-72h。

12、在一些实施例中，所述高温炭化为：将经过所述预处理的所述兰炭在无氧环境中，于1200-1400℃的温度下炭化2h。

13、在一些示例中，使用高温管式炉进行所述高温炭化。

14、示例性的，所述高温管式炉的升温速率为5℃/min。

15、在一些示例中，所述无氧环境为氩气气氛。

16、在一些实施例中，所述硬碳和所述干冰按重量比为1：0.8-1.2进行所述混合。

17、在一些实施例中，所述球磨时，加入的钢球重量为所述硬碳和所述干冰总重量的25倍。

18、在一些实施例中，所述球磨的转速为300-400r/min，球磨22-26h。

19、另一方面，提供一种钠离子电池碳负极材料。所述电池碳负极材料采用上述制备方法制备得到。

20、又一方面，提供一种钠离子电池负极。所述钠离子电池负极包括所述的钠离子电池碳负极材料、粘接剂、导电剂以及集流体。

21、在一些实施例中，所述粘结剂包括pvdf(聚偏二氟乙烯)、sbr+cmc中的至少一种。

22、在一些实施例中，所述导电剂包括导电炭黑。

23、在一些实施例中，所述集流体包括铜箔和铝箔中的至少一种。

24、在一些实施例中，所述钠离子电池负极的制备方法为：将所述钠离子电池负极材料、所述导电剂以及所述粘结剂溶解于有机溶剂中得到负极浆料，将所述负极浆料涂布于所述集流体，烘干，即得。

25、在一些示例中，所述有机溶剂包括nmp(n-甲基吡咯烷酮)。

26、在一些示例中，所述钠离子电池负极材料、导电剂、粘结剂的重量比为8：1：1。

27、在一些示例中，所述烘干的温度为80℃，烘干的时间为4h。

28、又一方面，提供一种钠离子电池。所述钠离电池包括所述钠离子电池负极。

29、在一些实施例中，所述钠离子电池的型号包括2032扣式电池。

30、本发明的有益效果是：

31、本发明的制备方法成本低、绿色环保，制备得到的钠离子电池负极材料可逆容量高、倍率性能好，能够满足高能量密度、高倍率性能钠离子电池的使用需求。

技术特征：

1.一种钠离子电池碳负极材料的制备方法，其特征在于，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，所述预处理依次包括：粉碎、研磨、酸浸、洗涤、过滤以及烘干。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述兰炭经过所述粉碎和研磨后，粒径为1-10μm。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述酸浸中的所述酸为hcl与hf的混酸。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高温炭化为：将经过所述预处理的所述兰炭在无氧环境中，于1200-1400℃的温度下炭化2h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述硬碳和所述干冰按重量比为1：0.8-1.2进行所述混合。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述球磨时，加入的钢球重量为所述硬碳和所述干冰总重量的25倍。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述球磨的转速为300-400r/min，球磨22-26h。

9.一种钠离子电池碳负极材料，其特征在于：如权利要求1-7任一所述的制备方法制备得到。

10.一种钠离子电池负极，其特征在于：包括如权利要求8所述的钠离子电池碳负极材料、粘接剂、导电剂以及集流体。

技术总结本发明涉及二次电池技术领域，具体公开了一种钠离子电池碳负极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将兰炭进行预处理，然后进行高温炭化得到硬碳，将所述硬碳与干冰混合进行球磨，然后依次进行酸洗、水洗以及干燥，即得。本发明的制备方法成本低、绿色环保，制备得到的钠离子电池负极材料可逆容量高、倍率性能好，能够满足高能量密度、高倍率性能钠离子电池的使用需求。技术研发人员：周园,张洪,曾学周,马路祥,孙艳霞,许有受保护的技术使用者：上海天域元新能源材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29