[发明专利]一种钠离子电池负极用硬炭纳米球及其制备方法和应用

说明书

本发明属于钠离子电池负极材料技术领域，具体为一种钠离子电池负极用硬炭纳米球及其制备方法和应用。本发明硬炭纳米球的球体直径为300‑1000 nm，硬炭纳米球包括无序排列的石墨烯层，钠离子储存于相邻石墨烯层之间，相邻石墨烯层的层间距d₀₀₂为0.356‑0.373 nm，微晶尺寸1.07≤L_a≤1.61nm，1.96≤L_c≤3.07nm，1.31≤I_D/I_G≤2.64。本发明材料具有扩大低电位平台可逆容量的优点，与正极材料配对时可拓宽全电池的工作电压窗口，提高能量密度。

技术领域

本发明属于钠离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种钠离子电池负极用硬炭纳米球及其制备方法和应用。

背景技术

在钠离子电池负极材料中，炭材料因前驱体来源广泛、结构稳定、成本较低、比容量较高（200-400mAh/g）、充放电位平台低，因而最有希望应用于实际钠离子电池中。已有大量文献报道，传统的石墨由于其较小的层间距（0.335nm）、且无法形成稳定的Na-C化合物，不适合用作钠离子电池负极材料。无定形炭材料因具有长程无序结构、较大的碳层间距（0.37nm）、丰富的微孔等特点，表现出大的储钠容量和优良的循环稳定性，十分适合用作钠离子电池负极材料。通常，硬碳的恒电流充放电曲线由倾斜区域（ 0.1V）和低压平稳区（0-0.1V）组成，现有文献报道的硬炭材料在低电位平台的容量通常低于200mAh/g，如何在低电位平台（0-0.1 V）下实现高可逆容量仍然是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够扩大低电位平台可逆容量的钠离子电池负极用硬炭纳米球及其制备方法和应用。

本发明提供的钠离子电池负极用硬炭纳米球，球体直径为300-1000 nm，硬炭纳米球包括无序排列的石墨烯层，钠离子储存于相邻石墨烯层之间，相邻石墨烯层的层间距d₀₀₂为0.34-0.40 nm，微晶尺寸1.07≤L_a≤1.61nm，1.96≤L_c≤3.07nm，1.31≤I_D/I_G≤2.64。

本发明提供的所述钠离子电池负极用硬炭纳米球，由如下制备方法得到：

S1、将苯酚类化合物溶解于溶剂中，加入碱性催化剂和甲醛搅拌均匀后离心、干燥、固化，得到酚醛树脂前驱体，苯酚类化合物和甲醛的摩尔比为1：1-3；

S2、将酚醛树脂前驱体在900-1900℃的温度下碳化，得到硬炭纳米球。

作为对上述技术方案的进一步改进：

步骤S1中，所述苯酚类化合物溶解于溶剂后的摩尔浓度为0.15-0.66 mol/L，甲醛的质量浓度为37%-40%。

所述苯酚类化合物为苯酚、对氨基苯酚、邻氨基苯酚和3-氨基苯酚中的一种或多种。

所述碱性催化剂为氢氧化铵。

所述步骤S1中，在加入碱性催化剂和甲醛搅拌均匀后，还加入造孔剂，搅拌均匀。

所述造孔剂为丙酮。

本发明制备的硬炭纳米球可用于钠离子电池负极材料中。

与现有技术相比，本发明的优点在于：