[发明专利]基于生物质的钠离子电池

说明书

基于生物质的钠离子电池硬碳负极材料。该负极材料的制备方法包括：提供生物原料酸角壳并清洗；真空干燥清洗后的酸角壳；将干燥后的酸角壳破碎而得到前驱体颗粒；惰性氛围下热处理前驱体颗粒；研磨热处理后的前驱体颗粒而得到硬碳粉末材料；将所得硬碳粉末材料加入到盐酸溶液中，超声分散，搅拌静置；取静置后的下层沉淀物进行离心清洗；以及对离心清洗后的沉淀物进行干燥处理从而获得钠离子电池硬碳负极材料。本发明选择酸角壳制备生物质硬碳材料并进行上述工艺处理，原料来源广泛，制备工艺简单、成本低、环境友好，所制备的硬碳材料具有良好的脱钠、嵌钠能力，可逆充放电性能良好，循环充放电200周之后容量保持率仍可在90％以上。

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池负极材料。

背景技术

现代社会的繁荣发展离不开化石能源的开发和利用，但长期大量使用传统化石能源给我们带来便利的同时，也带来一系列的环境问题，如空气污染、全球变暖、极端天气频发等，以及资源日趋枯竭的问题。为此世界各国都投入大量精力开发、利用、存储、转换，风能、太阳能、潮汐能、地热能等可再生清洁能源。二次电池是储存富余能源以及实现能源转化的先进技术，并受到世界各国的广泛关注。与锂离子电池相比，钠离子电池凭借钠储量大、成本低等优点，成为大规模储能系统的一个有竞争力的候选者。开发低成本电极材料是钠离子电池发展的关键，低成本的硬碳负极材料具有重要研究价值。

研究发现，硬碳具有稳定的结构、作为钠离子电池电极材料时具有充放电循环寿命长、可逆比容量高、电压平台低、循环性能和倍率性能良好、安全性能高等优点。而以生物质为原料制备的硬碳则兼备来源广泛、制备简单、成本低的特点。一般通过简单的热解就可得到继承了生物质前驱体天然形貌的硬碳材料。

中国专利CN 106299365A公开的一种基于松果、核桃壳、稻壳等生物质的钠离子用硬碳负极材料、制备方法和钠离子电池，将生物质原料粉碎，预烧，后煅烧冷却制备中间体，碱液处理后再用酸液处理，后经过微波活化处理制得了适合钠离子电池使用的硬碳负极材料。中国专利CN 107068997公开的一种基于山竹壳生物质壳的硬碳 /石墨的钠离子电池用负极复合材料、制备方法及钠离子电池，将含碳生物质壳粉末加入碱性溶液中，密封水热，经酸洗、水洗后与石墨粉末混合，球磨细化，高温碳化后酸洗，烘干，研磨得到硬碳/石墨烯复合材料，可用于钠离子电池。但上述制备方法较为复杂，材料处理方式较为繁琐，在一定程度上增加了大规模生产应用的成本。因此亟需开发工艺简单、方便高效的制备技术。

发明内容

本发明目的是提供一种硬碳负极材料，其适用于钠离子电池，并能够克服上述提及的某种或某些缺陷。

根据本发明的第一方面，提供了一种钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，包括：

提供生物原料酸角壳；

使用去离子水清洗酸角壳；

60～120℃条件下真空干燥清洗后的酸角壳8～24小时；

将干燥后的酸角壳破碎而得到前驱体颗粒；

惰性氛围下热处理前驱体颗粒，其中热处理温度为800℃至 1300℃，从室温至热处理温度的升温速率以及从热处理温度至室温的降温速率均为5℃/min左右，恒温在热处理温度的热处理时间为 0.5～5小时；

研磨热处理后的前驱体颗粒而得到硬碳粉末材料；

将所得硬碳粉末材料加入到0.5～2mol/L的盐酸溶液中，超声分散，搅拌1～3小时后静置12～36小时；

取静置后的下层沉淀物进行离心清洗；以及

对离心清洗后的沉淀物进行干燥处理从而获得钠离子电池硬碳负极材料。

根据本发明的制备方法，其中离心清洗时离心机转速可以为 2000～4200rpm，优选转速为3000rpm，重复3～5次。