[发明专利]一种硬碳负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硬碳负极材料及其制备方法。所述硬碳负极材料的制步骤为：将多层MXene粉体和偏钒酸钠粉超声分散在溶剂一中，制得分散液一；将S粉和烯丙基酚醛树脂溶于溶剂二中，制得分散液二；将分散液一缓慢加入分散液二中，搅拌均匀后加热固化，得到混合物；将所述混合物在惰性气氛保护下高温碳化，得到硬碳负极材料。采用本发明中的方法制得的硬碳负极材料，在钠离子电池中其首次充放电比容量高，整体循环稳定性好，且制备方法简单，操作方便可控。

技术领域

本发明属于钠离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种硬碳负极材料及其制备方法。

背景技术

钠盐在自然界的存储量比锂盐丰富、价格更低廉。理论上钠离子电池比锂离子电池充电时间快，且钠离子不会与铝形成合金，负极可以采用铝箔作为集流体，故当对储能器件重量和能量密度要求不高时，钠离子电池替代锂离子电池就非常划算。

当前围绕钠离子电池负极活性材料中研究重点，排在前两位的分别是碳基材料51.28％和Ti基材料29.16％，然后依次为金属氧化物24.13％、金属硫化物22.12％、金属及合金17.1％、复合材料13.7％、金属硒化物8.5％，有机材料8.5％以及尖晶石2.1％，另有其他研究方向占6.3％。(钠离子电池正、负极材料发展浅析。陈盛，智富时代，2019年6期)然而钠离子比锂离子离子半径大，钠离子几乎不能在石墨中脱嵌/嵌入，容量很小；其它碳材料经过处理也最多可以达到300多毫安时。故研究一款能量密度高、循环性能优良的钠离子电池负极材料迫在眉睫。

发明内容

本发明旨在解决现有钠离子电池硬碳负极材料循环稳定性差低、能量密度较低等问题，提供一种全新的硬碳负极材料及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案。

一种硬碳负极材料的制备方法，按照下述步骤进行：将多层MXene粉体和偏钒酸钠粉超声分散在溶剂一中，制得分散液一；将S粉和烯丙基酚醛树脂溶于溶剂二中，制得分散液二；将分散液一缓慢加入分散液二中，搅拌均匀后加热固化，得到混合物；将所述混合物在惰性气氛保护下高温碳化，得到硬碳负极材料。

作为本发明改进的技术方案，所述MXene粉体、偏钒酸钠粉、S粉和烯丙基酚醛树脂的质量比为0～20:8～16:4～8:56～92。

作为本发明改进的技术方案，所述MXene粉体包括Ti4N3、Ti3C2、Ti2C、V2C、Nb4C3中的一种或多种。

作为本发明改进的技术方案，所述溶剂一和溶剂二均为弱极性有机溶剂或非极性有机溶剂。

进一步地，所述溶剂一和溶剂二均为正庚烷、正己烷、环己烷、二硫化碳、四氯化碳、二甲苯、甲苯、苯、乙醚、乙酸乙酯、正戊烷、正丁醇、二氧六环、丙酮、异丙醇中的其中一种或多种。

作为本发明改进的技术方案，所述加热固化的程序和温度为以5～10℃/min的温度升温至180-210℃，恒温1～3h；然后以1～5℃/min的温度升温至230～260℃，恒温3～6h。

作为本发明改进的技术方案，所述高温碳化的程序和温度为将混合物放入高温炭化炉，通入惰性气体进行保护，然后以10～50℃/min升温至800～1200℃后保持1～4h，再自然冷却。

作为本发明改进的技术方案，还包括研磨粉碎、过筛步骤，得到粒径为400-1000目的粉体。

本发明还提供一种硬碳负极材料，采用上述制备方法制得。

有益效果：本发明通过一步合成碳化法将多种钠离子电池负极材料融合在一起，取长补短，相互作用，从而显著提高钠离子电池负极材料的性能。

附图说明

图1为实施例1、实施例2和空白试验在5C倍率下首次充放电容量；