[发明专利]一种氟掺杂酚醛树脂基硬碳负极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种氟掺杂酚醛树脂基硬碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)对一定量的酚醛树脂在惰性气体氛围下进行碳化处理，制得黑色的硬碳材料；(2)将步骤(1)中所制备的硬碳进行干燥处理；(3)将步骤(2)干燥处理后的硬碳置于反应釜中抽至真空，加热反应釜至50‑250℃，通入氮气反应一段时间，得到氟化硬碳。

技术领域

本发明涉及碳材料技术领域，尤其涉及一种氟掺杂酚基醛树脂基硬碳钠离子电池负极材料的制备方法。

背景技术

在过去的十年里，便携式电子设备、电动汽车和电子设备的迅速发展引起了人们对电化学储能系统商业化的兴趣。锂离子电池以其高能量密度和功率密度的突出优势被认为是最有价值的储能和转换系统。然而，由于锂在地壳中含量低和分布不均，金属锂的成本较高，阻碍了锂离子电池的大规模开发。相比之下，钠在地壳中的含量很高，且化学性质与锂类似。因此，钠离子电池有望在大规模储能领域中得到应用，成为锂离子电池的理想替代品。

由于其原料丰富、成本低廉、低的电化学电位和良好的循环性能，碳材料一直是锂离子电池负极材料的首选，其中，石墨具备良好的化学稳定性和相对较高的比容量被用于商业锂离子电池。但由于热力学的限制，钠与石墨的层间化合物不存在，因此将石墨作为钠离子电池的负极几乎不显示储钠活性，这最终导致容量的极大损失。而硬碳通常具有较大的面间距，并且易于合成，这使它成为钠离子电池最有前途的负极材料。

硬碳材料是经2500℃高温处理也难以石墨化的碳材料，其结构由类石墨微晶和类石墨烯片层高度无取向堆叠而成。硬碳的结构非常复杂，包含类石墨微晶、缺陷、微/介孔结构等，这也提供了相对于石墨材料更多的储钠位点。天然生物质和合成聚合物是硬碳材料的主要前驱体。尽管天然生物质种类丰富、原料易得，但是由于季节和区域差异导致的可重复性差限制了其应用。而合成聚合物的种类繁多，具有化学和结构的多样性，可以对聚合物前体进行合理的设计，以实现具有可控特性的硬碳材料，用于满足不同的性能需求。

杂原子掺杂是提高硬碳材料电化学性能的有效方法。通过杂原子掺杂可产生外部缺陷，并在结构中提供更多的孔隙，增加了活性位点，同时增大层间间距。活性位点可以确保快速有效的电子传输，提高碳材料的电导率，层间间距较大有利于钠离子的脱嵌。氟原子具有最高的电负性，插入层间由于互相排斥作用，可以大大提高石墨微晶的层间距。

发明内容

本发明提供了一种氟掺杂硬碳材料的制备方法，技术方案如下：

一种氟掺杂酚醛树脂基硬碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)对一定量的酚醛树脂在惰性气体氛围下进行碳化处理，制得黑色的硬碳材料；

(2)将步骤(1)中所制备的硬碳进行干燥处理；

(3)将步骤(2)干燥处理后的硬碳置于反应釜中抽至真空，加热反应釜至50-250℃，通入氮气反应一段时间，得到氟化硬碳。

优选地，步骤(1)中，碳化温度为600-800℃。步骤(1)中，设定升温速率为10℃/min，通入气氛为氩气，碳化时间为1-3h。步骤(2)的干燥处理方法为：将步骤(1)中所制备的硬碳放入60-100℃真空干燥箱中，并在真空干燥箱底部放入无水五氧化二磷，4-8h后取出密封，备用。步骤(3)中，通入10-40％的氟气和氮气的混合气至0-0.1MPa，反应0.5-4h，得到氟化硬碳。步骤(3)中加热反应釜至100℃。

所制备的氟化硬碳用作钠离子电池负极材料。

附图说明

图1为实例3的氟掺杂硬碳XPS元素总谱；

图2为实例3的氟掺杂硬碳倍率性能。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明技术方案进行说明，而不是限制本发明的范围。