一种高倍率硬碳负极材料及其制备方法与流程

本发明涉及电池材料制造，具体为一种高倍率硬碳负极材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着可再生能源技术的快速发展，对用于大型储能设备中的绿色低成本电化学电源的需求日益旺盛，钠离子电池具有成本低廉、稳定性高的优势，适用于大规模能源存储系统、电动汽车和可再生能源领域，然而，钠离子的离子半径(0.102nm)远大于锂离子的离子半径(0.076nm)，从动力学角度来看，这严重阻碍了嵌入式反应负极材料的应用。因此，需要寻找合适的负极材料以满足商业化钠离子电池的应用需求。

2、硬碳具有导电性良好、储钠容量高、嵌钠后体积形变小、环境友好和氧化还原电位低等优点，是目前最具有商业化应用潜力的钠离子电池负极材料。现阶段硬碳材料前驱体酚醛树脂具有成分单一，结构可控性高，利于合成性能稳定的硬碳材料，但酚醛树脂成本较高，制备的硬碳材料倍率性能较差，不满足钠离子电池在电动汽车领域的要求。

3、本发明采用以聚碳酸酯塑料和酚醛树脂作为碳源前驱体，通过聚碳酸酯塑料与酚醛树脂交联网络的碳化增加硬碳材料的伪石墨化区和导致层间距扩大，将碳化产物作为钠离子电池负极材料应用，其展现出高的倍率容量。聚碳酸酯塑料转化为高价值硬碳材料，不仅有助于解决了聚碳酸酯塑料难以裂解回收的问题，而且极大降低了硬碳成本，提高了回收塑料的经济价值。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种高倍率硬碳负极材料及其制备方法，针对酚醛树脂成本较高和制备的硬碳材料倍率性能较差等问题，提出可行的硬碳负极材料及其制备方法和钠离子电池，具有大规模生产的可行性。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种高倍率硬碳负极材料，包括碳源前驱体和硬碳负极材料。

4、进一步地，所述碳源前驱体为聚碳酸酯塑料和酚醛树脂，所述聚碳酸酯塑料与酚醛树脂形成交联网络结构。

5、一种高倍率硬碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：以聚碳酸酯塑料和酚醛树脂作为碳源前驱体，其中，通过聚碳酸酯塑料与酚醛树脂形成交联网络结构，高温碳化制备硬碳负极材料。

6、进一步地，聚碳酸酯塑料和酚醛树脂比例1：0.1-5。

7、进一步地，碳化温度为1350-1500℃。

8、进一步地，碳化过程中升温速率为1-20℃/分钟。

9、进一步地，碳化气氛为护性气体为n2，ar，he，h2，nh3，任意一种或几种。

10、进一步地，硬碳负极材料在1c(1c＝300mag-1)电流密度下，容量在250mah g-1以上。

11、一种钠离子电池，包括上述材料及制备方法制备而成。

12、本发明提供了一种高倍率硬碳负极材料及其制备方法，具备以下有益效果：

13、1.以聚碳酸酯塑料和酚醛树脂作为碳源前驱体，通过聚碳酸酯塑料与酚醛树脂形成交联网络结构，碳化增加硬碳材料的伪石墨化区和扩大层间距，同时聚碳酸酯塑料碳化过程产生大量的co2气体，高温会导致硬碳体系产生大量的封闭纳米孔，将碳化产物作为钠离子电池负极材料应用，其展现出高的倍率容量。

14、2.聚碳酸酯塑料转化为高价值硬碳材料，有助于解决了聚碳酸酯塑料难以裂解回收的问题，提高了回收塑料的经济价值。

15、3.合成工艺流程简单，聚碳酸酯塑料成本便宜，降低硬碳材料成本，具有产业化前景。

技术特征：

1.一种高倍率硬碳负极材料，包括碳源前驱体和硬碳负极材料。

2.根据权利要求1所述的一种高倍率硬碳负极材料，其特征在于：所述碳源前驱体为聚碳酸酯塑料和酚醛树脂，所述聚碳酸酯塑料与酚醛树脂形成交联网络结构。

3.一种高倍率硬碳负极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：以聚碳酸酯塑料和酚醛树脂作为碳源前驱体，通过聚碳酸酯塑料与酚醛树脂形成交联网络结构，高温碳化制备硬碳负极材料。

4.根据权利要求3所述的一种高倍率硬碳负极材料的其制备方法，其特征在于：聚碳酸酯塑料和酚醛树脂比例1：0.1-5。

5.根据权利要求3所述的一种高倍率硬碳负极材料的其制备方法，其特征在于：碳化温度为1350-1500℃。

6.根据权利要求3所述的一种高倍率硬碳负极材料的其制备方法，其特征在于：碳化过程中升温速率为1-20℃/分钟。

7.根据权利要求3所述的一种高倍率硬碳负极材料的其制备方法，其特征在于：碳化气氛为护性气体为n2，ar，he，h2，nh3任意一种或几种。

8.根据权利要求3所述的一种高倍率硬碳负极材料的其制备方法，其特征在于：硬碳负极材料在1c(1c＝300mag-1)电流密度下，容量在250mah g-1以上。

9.一种钠离子电池，其特征在于，包括由权利要求1-8任一项所得材料制成。

技术总结本发明一种高倍率硬碳负极材料及其制备方法，包括以聚碳酸酯塑料和酚醛树脂作为碳源前驱体，其中，通过聚碳酸酯塑料与酚醛树脂形成交联网络结构，高温碳化制备硬碳负极材料，本发明涉及电池材料制造技术领域，具体为一种高倍率硬碳负极材料及其制备方法，针对酚醛树脂成本较高和制备的硬碳材料倍率性能较差等问题，提出可行的硬碳负极材料及其制备方法和钠离子电池，具有大规模生产的可行性。技术研发人员：谭清彬,李忆秋,李礼,赵高超,苏道东受保护的技术使用者：泰安市法拉第能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29