[发明专利]一种钠离子电池硬碳负极材料及其制备方法与应用

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与应用，更具体地，涉及一种利用氮原子和磷原子掺杂酚醛树脂衍生的硬碳负极材料，改变硬碳负极材料表面的局部成键环境和电子分布，提高硬碳负极材料的反应活性和电子导电性，进而提高其电化学性能的方法。所述方法包括如下步骤：将酚酸树脂粉末与磷酸铵粉末混合均匀；将上述混合粉末在氩气气氛下加热处理，即得。电化学测试表明，氮磷共掺杂显著提高了酚醛树脂衍生的硬碳负极材料的电化学性能。本发明对钠离子电池在新能源行业的广泛应用起到了积极的推动作用。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，具体涉及一种钠离子电池硬碳负极材料及其制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

硬碳是钠离子电池中常用的负极材料，其具有工作电压适宜、成本低、适合大规模生产等优势。但是，为了进一步提高钠离子电池的能量密度，硬碳负极材料的电化学性能有待进一步提升。异质原子掺杂可以改变碳材料表面的局部成键环境和电子分布，从而提高碳材料的反应活性和电子导电性，进而提高碳材料的电化学性能。

发明内容

为了进一步提升硬碳负极材料的电化学性能，本发明提供了一种氮磷共掺杂的硬碳负极材料及其制备方法与应用。本发明将酚醛树脂粉末与磷酸铵粉末混合，在惰性气氛下进行热处理，即得到氮磷共掺杂的硬碳负极材料，该制备方法简单高效，所制备得到的氮磷共掺杂的硬碳负极材料提高了钠离子电池的能量密度，且具有较好的电化学稳定性。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了一种钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：

将酚醛树脂粉末与磷酸铵粉末混合均匀；将上述混合粉末在氩气气氛下加热处理，即得。

氮和磷原子掺杂可以改变硬碳负极材料表面的局部成键环境和电子分布，从而提高硬碳负极材料的反应活性和电子导电性，进而提高其电化学性能。

本发明方法的特点之一是：采用酚醛树脂为原材料进行碳化处理。酚醛树脂的产碳率较高。此外，酚醛树脂碳化产生的硬碳材料的物理和化学性质可以调控。同时，采用磷酸铵粉末作为氮源和磷源，磷酸铵同时具备氮源和磷源，且其成本较低，适合大规模应用。

本发明的第二个方面，提供了一种上述制备方法制备得到的钠离子电池硬碳负极材料。其包括酚醛树脂衍生的硬碳负极材料；以及掺杂在硬碳负极材料中的氮原子和磷原子。

本发明的第三个方面，提供一种钠离子电池负极，包括上述钠离子电池硬碳负极材料。

本发明的第四个方面，提供了任一上述的钠离子电池硬碳负极材料、钠离子电池负极在钠离子电池中的应用，应用领域包括电动汽车、手机、笔记本电脑、智能电网、电子产品、移动储能设备制造等。

由于本发明有效地提高了钠离子电池硬碳负极材料的电化学性能，有望在储能装置中得到广泛的推广和应用，从而推动新能源产业的发展。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明采用氮磷共掺杂提高了钠离子电池硬碳负极材料的电化学性能，提高钠离子电池的能量密度。本发明采用磷酸铵粉末，其同时提供了氮源和磷源，使得制备方法更加简单，只需加入一次物料，并进行一次碳化；其中磷酸铵中氮源和磷源的比例合理，进而提高了钠离子电池硬碳负极材料的电化学性能。

(2)本发明通过一步碳化法制备氮磷共掺杂的硬碳负极材料，制备方法简单，有望广泛应用于钠离子电池之中。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。