一种硬碳材料及其制备方法和钠离子电池与流程

本申请涉及电池材料，尤其涉及一种硬碳材料及其制备方法和钠离子电池。

背景技术：

1、随着电动汽车以及各种电子电器的广泛应用，其中使用的储能锂离子电池也得到了飞速发展。然而，锂资源需求过大，使得供给瓶颈凸显，且锂资源分布不均匀，这些都限制了锂离子电池的进一步发展。因此，新型的储能器件也被逐渐开发，其中钠离子电池中的钠元素因为与锂元素位于同一主族，具有相似的化学性质，且钠元素在地球储量十分丰富，分布广泛、提炼简单，使得钠离子电池成为锂离子电池的最佳替代品。

2、钠离子电池虽然具有低成本、高安全的优势，但是如何开发比容量更高、电化学性能更好的电池，是目前急需解决的问题。在钠离子电池中，负极材料是实现钠离子电池应用于储能系统中的关键，而硬碳材料因具有比石墨更大的片层间距，有利于钠离子的存储与脱嵌，能够在钠离子脱嵌过程中保持良好稳定性，适宜做钠离子电池的负极材料。然而，它仍然面临着初始库仑效率低、比容量低的问题，这都导致钠离子电池难以满足商业化应用。

技术实现思路

1、基于此，本申请的目的在于提供一种硬碳材料及其制备方法和钠离子电池，通过使用山梨酸进行改性复合，使得制备得到了一种低成本、高容量的钠离子电池负极材料，为钠离子电池在储能领域的规模化生产提供了一种新的途径和有效措施。

2、为实现以上目的，本申请的技术方案如下：

3、本申请提供一种硬碳材料的制备方法，包括：

4、将生物质材料进行第一烧结、粉碎，得到第一前驱体；

5、将所述第一前驱体进行第二烧结，得到第二前驱体；

6、将所述第二前驱体与山梨酸混合，得到第三前驱体；

7、将所述第三前驱体进行第三烧结，得到所述硬碳材料。

8、优选地，所述生物质材料包括马铃薯淀粉、软木、玉米淀粉、绿豆淀粉、椰子壳、花生壳、木质素、木屑中的至少一种。

9、优选地，所述第一烧结包括：在空气的氛围中，将温度升高至180℃-260℃，保温2h-24h。

10、优选地，所述第二烧结包括：在保护气体的氛围中，将温度升高至500℃-900℃，保温1h-6h。

11、进一步优选地，所述保护气体包括氮气、氩气、氦气、氖气中的至少一种。

12、优选地，所述第二前驱体与山梨酸混合包括：将所述山梨酸溶解在乙醇中，再加入所述第二前驱体进行超声搅拌分散2h-48h，过滤后，在60℃-120℃的温度下进行烘干。

13、优选地，所述第三烧结包括：在保护气体的氛围中，将温度升高至800℃-1500℃，保温4h-20h。

14、优选地，所述粉碎之后，得到的所述第一前驱体的目数为80目-2000目。

15、本申请提供一种硬碳材料，采用上述硬碳材料的制备方法制备得到。

16、本申请还提供了一种钠离子电池，包括上述的硬碳材料。

17、本申请的有益效果：

18、本申请硬碳材料的制备方法中，通过使用生物质材料作为原料，使用山梨酸进行改性复合，再通过三次烧结，制备得到了山梨酸改性的硬碳材料。该制备方法操作简单、对环境几乎没有污染，可进行大规模生产。

19、本申请的硬碳材料可以作为钠离子电池的负极材料，具有良好的首次库伦效率以及循环性能。

20、本申请的钠离子电池通过使用上述硬碳材料作为负极，容量高达354.34mah/g，首次效率89.00％，扣电常温0.2c下(1c＝300mah/g)循环200周后，容量保持率高达90.63％。

技术特征：

1.一种硬碳材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述生物质材料包括马铃薯淀粉、软木、玉米淀粉、绿豆淀粉、椰子壳、花生壳、木质素、木屑中的至少一种。

3.如权利要求1所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述第一烧结包括：在空气的氛围中，将温度升高至180℃-260℃，保温2h-24h。

4.如权利要求1所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述第二烧结包括：在保护气体的氛围中，将温度升高至500℃-900℃，保温1h-6h。

5.如权利要求4所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述保护气体包括氮气、氩气、氦气、氖气中的至少一种。

6.如权利要求1所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述第二前驱体与山梨酸混合包括：将所述山梨酸溶解在乙醇中，再加入所述第二前驱体进行超声搅拌分散2h-48h，过滤后，在60℃-120℃的温度下进行烘干。

7.如权利要求1所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述第三烧结包括：在保护气体的氛围中，将温度升高至800℃-1500℃，保温4h-20h。

8.如权利要求1-7任一项所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述粉碎之后，得到的所述第一前驱体的目数为80目-2000目。

9.一种硬碳材料，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的硬碳材料的制备方法制备得到。

10.一种钠离子电池，其特征在于，包括权利要求9所述的硬碳材料。

技术总结本申请提供一种硬碳材料及其制备方法和钠离子电池，涉及电池材料技术领域。该硬碳材料的制备方法，包括：将生物质材料进行第一烧结、粉碎，得到第一前驱体；将所述第一前驱体进行第二烧结，得到第二前驱体；将所述第二前驱体与山梨酸混合，得到第三前驱体；将所述第三前驱体进行第三烧结，得到所述硬碳材料。本申请以生物质材料为碳源前驱体，同时使用山梨酸进行改性复合，通过三步烧结的方式得到了一种低成本、高容量的硬碳材料，作为钠离子电池的负极材料时，其首次效率达到89.00％，0.2C下循环200周的容量保持率高达90.63％，表现出良好的首次库伦效率以及循环性能，为钠离子电池在储能领域的规模化生产提供了新途径。技术研发人员：龙改娥,杨应昌,冉红梅,周登林,陈静,王枝苏,罗兴怀受保护的技术使用者：贵州为方能源新材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18