[发明专利]钠离子电池炭负极材料及其制备方法、应用和用途

说明书

本发明公开了一种钠离子电池炭负极材料及其制备方法、应用和用途,其制备方法包括：将一种或多种木炭进行粉碎混合，得到粗粉；将所述粗粉进行研磨、水洗、酸洗、干燥处理；在600‑900℃的惰性气氛中保温2‑4小时，对所述粗粉进行低温碳化处理，得到预碳化材料；将预碳化材料进行研磨、水洗、酸洗、干燥处理；以1℃/min‑15℃/min的升温速率升温至1800℃‑2500℃，在惰性气氛中对所述预碳化材料热处理1‑10小时，使所述预碳化材料发生高温碳化、裂解反应；冷却至室温，将所得材料进行研磨、水洗、酸洗、干燥处理，得到具有有序‑无序混合的炭材料即为所述钠离子电池炭负极材料。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种钠离子电池炭负极材料及其制备方法、应用和用途。

背景技术

化石燃料的逐渐耗竭与环境污染的日益加剧，开发利用新的能源载体越来越受到人们的重视。二次电池作为主要的化学储能设备，在此领域发挥着重要作用。用电力取代化石燃料成为交通工具的主要供能方式将大幅减少温室气体的排放。与风能、太阳能、地热能等可再生能源配置构建改进各种电网系统将大幅提高可再生能源的使用效率。

二次电池作为主要的化学储能设备，在此领域发挥着主要作用。比较成熟的锂离子电池，能够提供较为稳定和相对经济的储能容量。但锂资源在地壳中含量非常稀少，并且分布不均匀，其价格相对较高。由于钠在地壳中含量极为丰富，价格便宜，为了开发经济的储能系统，钠离子电池在可预见的将来，在大规模储能设备领域有着非常大的应用前景。

在已报道的钠离子电池负极材料中，炭材料以其相对较低的储钠电位，较高的首周效率和良好的循环稳定性等优点而成为最具应用前景的钠离子电池负极材料。制备炭材料的前驱体主要包括一些聚合物、生物质、树脂或有机化学品等，但用这些前驱体制备炭的价格较高，产碳率低，制备过程复杂，大大制约了炭材料的大规模应用。

发明内容

本发明实施例提供了一种钠离子电池炭负极材料及其制备方法、应用和用途，制备得到的材料具有有序-无序混合的结构，有利于离子传输，能够提高电池倍率性能和循环寿命。本发明提供的炭材料制备简单、原材料资源丰富、可再生、成本低廉，是无污染的绿色材料，采用该材料作为负极活性材料的钠离子二次电池，具有较高的工作电压和能量密度、倍率性能好，安全性能好，在0.05C下能够提供400mAh g^-1的容量，首周库伦效率在80-90％之间，可以应用于太阳能发电、风力发电、智能电网调峰、分布电站、后备电源或通信基站的大规模储能设备。

第一方面，本发明实施例提供了一种钠离子电池炭负极材料，所述钠离子电池炭负极材料为有序-无序混合结构；

所述钠离子电池炭负极材料以木炭为原料，在惰性气氛中热处理发生高温碳化、裂解反应制备而成；

所述木炭包括天然树木炭、原木木炭、机制木炭、天然颗粒炭的一种或多种；

所述钠离子电池炭负极材料平均粒径为10-50μm；d₍₀₀₂₎值在 0.355-0.415nm之间，Lc值在1.2-4.2nm之间，La值在3.1-5.3nm之间。

第二方面，本发明实施例提供了一种第一方面所述的钠离子电池炭负极材料的制备方法，包括：

将一种或多种木炭进行粉碎混合，得到粗粉；

将所述粗粉进行研磨、水洗、酸洗、干燥处理；

在600-900℃的惰性气氛中保温2-4小时，对所述粗粉进行低温碳化处理，得到预碳化材料；

将预碳化材料进行研磨、水洗、酸洗、干燥处理；

以1℃/min-15℃/min的升温速率升温至1800℃-2500℃，在惰性气氛中对所述预碳化材料热处理1-10小时，使所述预碳化材料发生高温碳化、裂解反应；