[发明专利]基于生物质的钠离子电池硬碳负极材料及制备方法

说明书

本发明涉及钠离子电池领域，用于解决现有的硬碳负极材料制备方法较为复杂，材料处理方式较为繁琐，而且制得的硬碳负极材料作为钠离子电池电极材料时充电比容量低、充放电循环寿命短的问题，具体涉及基于生物质的钠离子电池硬碳负极材料及制备方法；该制备方法通过将前驱体进行炭化处理，形成三维网络状大孔结构，得到炭化粉，之后将炭化粉加入至盐酸溶液中进行超声处理，能够扩大孔洞数量，得到酸处理炭化粉，之后向酸处理炭化粉中掺杂氮元素，可以提高硬碳材料的电导率和反应活性，得到含氮炭化粉，之后含氮炭化粉在氢氧化钾溶液的作用下活化，促进其造孔，使得该基于生物质的钠离子电池硬碳负极材料的储钠电化学性能优良。

技术领域

本发明涉及钠离子电池领域，具体涉及基于生物质的钠离子电池硬碳负极材料及制备方法。

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。

但是，现有的硬碳负极材料制备方法较为复杂，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，而且制得的硬碳负极材料作为钠离子电池电极材料时充电比容量低、充放电循环寿命短，因此，亟需一种基于生物质的钠离子电池硬碳负极材料及制备方法来解决以上问题。

发明内容

为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供基于生物质的钠离子电池硬碳负极材料及制备方法：通过将前驱体进行炭化处理，在碳化过程中，在氮气的作用下生成导致丰富的三维网络状大孔结构，得到炭化粉，之后将炭化粉加入至盐酸溶液中进行超声处理，能够去除形成的孔洞结构中的杂质，扩大孔洞数量，得到酸处理炭化粉，之后酸处理炭化粉与尿素进行混合后热处理，能够向酸处理炭化粉中掺杂氮元素，含氮官能团不仅可以提高硬碳材料的电导率，还可以提高硬碳材料的反应活性，得到含氮炭化粉，之后含氮炭化粉在氢氧化钾溶液的作用下活化，促进其造孔，之后进一步提升钠离子电池硬碳负极材料中的孔洞，解决了现有的硬碳负极材料制备方法较为复杂，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，而且制得的硬碳负极材料作为钠离子电池电极材料时充电比容量低、充放电循环寿命短的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

基于生物质的钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将前驱体加入至管式炉中，通入氮气保护，在升温速率为5-6℃/min的条件下升温至300-320℃，之后在升温速率为1-2℃/min的条件下升温至500-520℃，之后恒温炭化2-3h，之后以降温速率为2-3℃/min的条件下冷却至室温，得到炭化粉；

步骤二：将炭化粉加入至盐酸溶液中，在搅拌速率为400-500r/min的条件下搅拌20-30min，之后在超声频率为55-65kHz的条件下超声分散1-2h，之后静置15-20h，之后离心，将沉淀物用蒸馏水洗涤至中性，得到酸处理炭化粉；

步骤三：将酸处理炭化粉、尿素在搅拌速率为400-500r/min的条件下搅拌混合20-30min，之后放置于管式炉中，通入空气并在温度为180-240℃的条件下反应2-3h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后用温度为80-90℃的蒸馏水洗涤2-3次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为120-125℃的条件下干燥8-10h，得到含氮炭化粉；