[发明专利]一种富缺陷的钠离子电池负极材料及其制备方法与应用

说明书

一种富缺陷的钠离子电池负极材料及其制备方法与应用，所述制备方法包括如下步骤：将碳基材料水洗干燥，通过在还原性气氛下以100‑1200℃加热1‑24小时增加材料的缺位缺陷，之后在惰性气氛下进行二次烧结以1200‑2500℃保温0.5‑48小时，得到最终的产物。操作工艺简单易行，价格低廉，能量密度较高，倍率性能良好，根据该方法得到的钠离子电池负极材料是一种优异的钠离子电池负极材料。

技术领域

本发明属于钠离子电池负极材料领域，更具体地，涉及一种富缺陷的钠离子电池负极材料及其制备方法与应用。

背景技术

环境污染及能源危机的日益加重使得绿色能源的开发越来越重要。其中，锂离子电池由于其本身具有的质量轻、容量高、寿命长、环境友好且无记忆效应等特点逐渐成为了二次电池发展的重要方向。锂离子电池已经成为最受关注的储能电池体系，并在各种便携式储能设备中广泛应用。但由于锂资源有限，使得锂离子电池成本增高，因此，需要寻求一种可替代技术来降低其成本。而作为资源分布广泛、成本低廉的钠离子电池得到了研究者越来越多的关注，逐渐称为未来高性能二次电池的重要选择。当前，商品化的锂离子电池普遍采用石墨类材料作为负极材料，但是石墨材料本身较低的比容量，使得其性能提升空间不够，并且过低的电压平台使得石墨类负极材料容易出现锂金属的沉积，导致安全问题。而在钠离子电池中，传统锂离子电池中的石墨类负极材料由于碳原子层问距较小，理论上钠离子存储能力近乎为零。因此，近年来大量的研究人员集中于研发能够用于钠离子电池的新型负极材料。其中，碳基材料由于其优异的电化学性能，逐渐成为下一代高性能钠离子电池电极材料。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足而提供一种利用碳基材料制备富缺陷的钠离子电池负极材料的方法。本发明通过对碳化温度、碳化时间、烧结气氛等制备条件的精确控制，得到了电化学性能优异的钠离子电池负极材料。本发明来料广泛，操作工艺简单易行，成本低廉，能量密度较高，倍率性能良好，而且通过还原性气氛保温烧结，增加了碳基材料的缺陷，根据该方法得到的钠离子电池负极材料能够满足作为钠离子电池负极材料的各项指标。此外，对于农业废弃物的循环利用也具有重要的意义。

为实现上述技术目的，本发明的第一方面提供一种富缺陷的钠离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将碳基材料水洗干燥；

(2)将步骤(1)得到的碳基材料在还原性气氛下以100-1200℃烧结1-24小时，得到初步热解的碳前体；

(3)将步骤(2)得到的碳前体粉末在惰性气氛下以1200-2500℃烧结0.5-48小时，得到碳材料；

(4)将步骤(3)得到的碳材料进行粉碎，过筛，得到最终的负极材料。

进一步地，步骤(1)中的所述碳基材料为生物类农业废弃物或人造有机物。优选地，所述碳基材料选自水稻，甘蔗，油菜，棉花，小麦，玉米，芦苇，剑麻，竹子，花生，海藻，丝瓜、南瓜，枣木，橡木，桃木、机制木材、葡萄糖、蔗糖、聚丙烯酸类、环氧树脂、沥青、煤焦油、聚噻吩、聚吡啶，聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚吡咯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚苯胺、聚氨酯、三聚氰胺和酚醛树脂中的至少一种，作为碳源。具体例如为玉米秸秆、酚醛树脂、稻草秆。

进一步优选地，所述步骤(1)中的干燥的温度为80-300℃，干燥的时间为4-48小时；所述干燥在烘箱、窑、马弗炉或管式炉中完成。

进一步地，步骤(2)中，优选地，所述烧结的时间为1小时、2小时、3小时、4小时、6小时、8小时、10小时、12小时、20小时、24小时、30小时、40小时或48小时。优选地，所述烧结的温度为100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃。

进一步地，步骤(2)中，所述加热在如下的仪器中完成，所述仪器包括烘箱、窑、马弗炉和管式炉等。