[发明专利]一种钠离子电池硬碳负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种钠离子电池硬碳负极材料及其制备方法，由硬碳碳源以及活性金属颗粒的前驱体盐通过一步原位掺杂煅烧法制备而成，所述硬碳碳源为废旧海绵、废旧纸制品、废旧布料、木屑其中的一种，所述废旧海绵包括由木质纤维素、发泡塑料聚合物或海绵动物制成的海绵；所述废旧纸制品包括废旧的书籍、试卷、纸抽或硬质纸盒；所述废旧布料包括由衣物、家纺或工艺品制成的布制品；所述木屑包括木制工厂或家具工厂所有木制品的边角料。本发明具有如下优点：环保安全节能，有利于产业化大规模生产，具有较高的容量和稳定循环性能，同时安全性能好。

技术领域

本发明涉及新能源材料技术领域，特别是涉及一种钠离子电池硬碳负极材料及其制备方法。

背景技术

随着锂离子电池逐渐应用于智能手机、电动汽车等领域，锂的需求量逐年快速增长，而全国锂资源储量十分有限且分布不均，成本高，严重制约了我国低成本、高性能储能器件的快速发展。钠元素具有和锂为同族元素且锂有相似的电化学性能，且其储量丰富，成本低廉。但是由于缺乏合适的负极材料钠离子电池的进一步发展被严重制约，其中，硬碳材料由于既可以通过裂解生物质碳源制备也可以通过裂解高分子聚合物获得，具有来源广泛、无毒环保、储钠电位低和比容量较高等优势而被广泛研究。

常见的钠离子电池是以硬碳材料、过渡金属或合金类化合物作为负极，聚阴离子类、普鲁士蓝类或氧化物类材料作为正极。目前报道的基于这些材料的钠离子电池的首圈库伦效率较低，循环性能较差，且制备工艺也较为复杂。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种钠离子电池硬碳负极材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为达到上述目的，本发明一个方面提供了一种钠离子电池的硬碳负极材料，硬碳负极材料有硬碳基质和附着于硬碳基质的活性金属颗粒，制备方法为将硬碳碳源以及活性金属颗粒的前驱体盐通过一步原位掺杂煅烧法制备而成，所述硬碳碳源选自海绵、木质材料、织物、纸张；所述活性金属颗粒的前驱体盐选自Sn、Sb、Bi、W、Nb、Ta任意一种金属的无机盐。

进一步地，海绵选自人造海绵和天然海绵，人造海绵选自木质纤维素制海绵或聚氨酯发泡塑料海绵。

进一步地，所述硬碳碳源废旧材料、所述废旧材料选自已使用过的材料或边角废料。

进一步地，所述木质材料选自木屑、木条或木块，例如木制工厂或家具工厂所有木制品的边角料。

进一步地，织物选自天然棉织物、天然毛织物、天然丝织物、天然麻织物、人造纤维织物或混纺织物，例如衣物、珊瑚绒、家纺或工艺品制成的布制品。

进一步地，纸张选自已进行油印的纸张或未进行油印的纸张、纸板、纸盒。例如书籍、试卷、报纸、卫生纸、包装盒、硬质纸盒等。

优选的，所述硬碳碳源为木质纤维素制成的废旧海绵。

优选的，所述活性金属颗粒为Sn、Sb、Bi、W、Nb、Ta金属颗粒中的一种或几种。

优选的，所述金属颗粒的前驱体盐包括SnCl₄·5H₂O、SnC₂O₄、SnCl₂、SnSO₄、SbCl₃、SbCl₅、Sb(NO₃)₃、Bi(NO₃)₃、BiCl₃、Bi₂(SO₄)₃、WCl₃、WCl₅、WCl₆、WOCl₄、NbCl₅、TaCl₅中的一种或几种。

优选的，所述活性金属颗粒为Sn。