一种硬碳负极材料及其制备方法与钠离子电池与流程

本发明涉及钠离子电池，尤其涉及一种硬碳负极材料及其制备方法与钠离子电池。

背景技术：

1、锂离子电池由于具有功率密度大以及循环寿命长等优势，已被广泛应用于能源存储系统中；但是随着储能材料的发展，由于锂资源分布的不均匀性和稀缺性，限制了锂离子电池的大规模应用。与此同时，由于金属钠与金属锂具有相似的物理和化学性质，并且钠资源分布广泛，价格低廉，使得钠离子电池成为锂离子电池的重要替代品。

2、钠离子电池的负极材料是决定钠离子电池性能的关键部分，因此，研究开发具有优异电化学性能的负极材料对于钠离子电池的发展至关重要。

3、目前钠离子电池的负极材料以硬碳材料为主；其中煤质材料作为一种高含碳量的有机质，可以作为原料来大规模制备硬碳负极材料。

4、以煤质材料为原料制备的煤基硬碳负极材料，压实密度较高，但是存在储钠容量较低的缺陷，无法满足钠离子电池的性能需求。

5、因此，如何提高煤基硬碳负极材料的储钠容量，是目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中煤基硬碳负极材料储钠容量较低的问题，本发明提供一种硬碳负极材料的制备方法，该制备方法以塑料、生物质材料以及煤质材料为原料，通过复合烧结，得到具有核壳结构的硬碳负极材料，在保证压实密度的前提下，提高负极材料储钠容量，改善首次效率，解决了现有技术中煤基硬碳负极材料储钠容量较低的问题。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种硬碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：

4、s1：将塑料、生物质材料以及煤质材料混合，得到复合碳源；

5、s2：将聚卤乙烯与所述复合碳源混合，得到混合原料；

6、s3：于惰性气体气氛下，将所述混合原料升温至300-500℃，保温1-3小时，得到中间产物；

7、s4：于惰性气体气氛下，将所述中间产物升温至1200-1500℃，保温3-5小时，得到硬碳负极材料。

8、可选地，所述塑料为废旧塑料制品。

9、可选地，所述塑料选自酚醛树脂、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯及丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物中的至少一种。

10、可选地，所述生物质材料为低灰分生物质废料。

11、可选地，低灰分生物质废料选自甘蔗渣、棉籽壳、果壳中的至少一种。

12、可选地，所述煤质材料选自无烟煤、烟煤、肥煤、焦煤、沥青焦中的至少一种。

13、可选地，所述聚卤乙烯选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯中的至少一种。

14、可选地，步骤s1中所述塑料、所述生物质材料、所述煤质材料的质量比为(0.5-2.5)：(0.5-2.5)：1；步骤s2中所述复合碳源与所述聚卤乙烯的质量比为(25-50)：1。

15、本发明的另一目的在于提供一种硬碳负极材料，通过如上所述的硬碳负极材料的制备方法进行制备。

16、本发明的再一目的在于提供一种钠离子电池，包括如上所述的硬碳负极材料。

17、本发明的有益效果是：

18、本发明提供的硬碳负极材料的制备方法，以塑料、生物质材料以及煤质材料为原料，通过复合烧结，在保证压实密度的前提下，提高负极材料储钠容量，改善首次效率；并且，通过引入聚卤乙烯，不仅能够提高原料转化率，还可在烧结过程中实现去除灰分，与传统酸洗除铁相比，能够极大地减少废水排放量。

技术特征：

1.一种硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述塑料为废旧塑料制品。

3.如权利要求2所述的硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述塑料选自酚醛树脂、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯及丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物中的至少一种。

4.如权利要求1所述的硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述生物质材料为低灰分生物质废料。

5.如权利要求4所述的硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，低灰分生物质废料选自甘蔗渣、棉籽壳、果壳中的至少一种。

6.如权利要求1所述的硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述煤质材料选自无烟煤、烟煤、肥煤、焦煤、沥青焦中的至少一种。

7.如权利要求1所述的硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述聚卤乙烯选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯中的至少一种。

8.如权利要求1-7任一项所述的硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述塑料、所述生物质材料、所述煤质材料的质量比为(0.5-2.5)：(0.5-2.5)：1；步骤s2中所述复合碳源与所述聚卤乙烯的质量比为(25-50)：1。

9.一种硬碳负极材料，其特征在于，通过如权利要求1-8任一项所述的硬碳负极材料的制备方法进行制备。

10.一种钠离子电池，其特征在于，包括如权利要求9所述的硬碳负极材料。

技术总结本发明提供一种硬碳负极材料及其制备方法与钠离子电池，涉及钠离子电池技术领域；硬碳负极材料的制备方法包括如下步骤：将塑料、生物质材料以及煤质材料混合，得到复合碳源；将聚卤乙烯与所述复合碳源混合，得到混合原料；将所述混合原料升温至300‑500℃，保温1‑3小时，得到中间产物；将所述中间产物升温至1200‑1500℃，保温3‑5小时，得到硬碳负极材料。本发明以塑料、生物质材料以及煤质材料为原料，通过复合烧结，在保证压实密度的前提下，提高负极材料储钠容量，改善首次效率；并且，通过引入聚卤乙烯，不仅能够提高原料转化率，还可在烧结过程中实现去除灰分，与传统酸洗除铁相比，能够极大地减少废水排放量。技术研发人员：谢皎,王瑨,李响,樊伟受保护的技术使用者：四川佰思格新能源有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18