[发明专利]钠离子电池碳负极材料及其制备方法

说明书

本发明揭示了一种钠离子电池碳负极材料及其制备方法，其中钠离子电池碳负极材料的制备方法，通过用含有氮、磷、硼等杂原子的离子液体将初始生物质碳源溶解，再将溶解物在高温下焙烧制备得到高含量杂原子掺杂碳负极材料。通过含有氮、磷、硼等杂原子的离子液体溶解初始生物质碳源，使之在热解时受热更均匀；另一方面，离子液体中含有氮、磷、硼等杂原子，可以很大程度上提高材料中杂原子含量。通过该方法制备获得的钠离子电池碳负极材料，掺杂了更高含量的杂原子，使其具有更高的倍率性能和循环稳定性能。

技术领域

本发明涉及钠离子电池技术领域，尤其涉及一种钠离子电池碳负极材料及其制备方法。

背景技术

随着化石能源的不可持续性和对环境造成的污染问题日益严重，新能源作为一种清洁、可再生能源获得了广泛的关注，并逐渐运用到电动汽车和储能等领域。与锂离子电池相比，钠离子电池具有丰富的钠资源，被认为是新一代的储能电池技术。

然而，由于钠离子半径大于锂离子半径导致钠离子电池面临着倍率性能差、循环稳定性低的问题。在碳材料中引入共价杂原子掺杂(N、B、P、S等)是一种很有前景的调控物理化学性质的策略，可以很大程度上提高碳材料的电化学性能，将这类共价杂原子掺杂的碳材料作为钠离子电池的碳负极材料，可以改善钠离子电池的倍率和循环性能。但是，生物质中本身含有的氮、磷、硫等杂原子含量比例较低，这直接决定其作为钠离子电池负极倍率和循环稳定性会偏低，故直接碳化生物质很难满足其在储能领域的广泛应用。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种钠离子电池碳负极材料的制备方法，解决钠离子电池倍率性能和循环稳定性能差的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种钠离子电池碳负极材料的制备方法，至少包括如下步骤：

按设定的量将初始生物质碳源加入到含有N、P、S和B中任意一种或多种元素的离子液体的反应瓶中，加热至初始生物质碳源完全溶解在离子液体中，得到溶解好的混合物；

将混合物转移到高温管式炉中，在惰性气体氛围下加热至设定的温度并保持5-8h，自然冷却至室温，得到杂原子掺杂的碳产物，以所述杂原子掺杂的碳产物作为钠离子电池碳负极材料。

进一步地，按设定的量将初始生物质碳源加入到含有N、P、S和B中任意一种或多种元素的离子液体的反应瓶中，加热至初始生物质碳源完全溶解在离子液体中，得到溶解好的混合物的步骤之前，包括：

将晾干的生物质机械打磨成粉末，将粉末放在真空烘箱中干燥，得到初始生物质碳源。

进一步地，将粉末放在真空烘箱中干燥的步骤中，真空烘箱的干燥温度范围为80-120℃，干燥时间范围为12-48小时。

进一步地，生物质为花生壳、水稻壳、玉米芯和大豆梗中的一种或多种。

进一步地，将混合物转移到高温管式炉中，在惰性气体氛围下加热至设定的温度并保持5-8h，自然冷却至室温，得到杂原子掺杂的碳产物的步骤之后，包括：

将杂原子掺杂的碳产物在布氏漏斗中用去离子水冲洗3-5次，洗涤后得到的样品在真空烘箱中充分干燥。

进一步地，离子液体包括硼酸盐、磷酸盐和季铵盐中的一种或者多种。

进一步地，离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。

进一步地，所述将混合物转移到高温管式炉中，在惰性气体氛围下加热至设定的温度并保持5-8h的步骤中，惰性气体包括氮气和/或氦气，气体的速率为5L/min-10L/min。