[发明专利]一种超高首效硬炭负极材料的制备方法及应用

说明书

本发明属于离子电池负极材料技术领域，公开了一种超高首效硬炭负极材料的制备方法，包括S1、用破碎机将生物质材料破碎成碎屑；S2、将处理后的生物质材料与添加剂球磨混合均匀；S3、将混合物在空气中进行预氧化处理；其条件为：将室温以1～10℃/min的升温速率升至150～300℃，并恒温保持18～24h，然后自然冷却至室温；S4、将预氧化后的混合物置于惰性气体中，先升温至450～650℃，保温1～4h；然后升温至800～1000℃，恒温1～4h；再升温至1000～1650℃，并恒温碳化1～4h，最后自然冷却至室温即可得到硬炭负极材料；还公开了利用该方法制备的硬炭负极材料在钠/锂离子电池中的应用；本发明解决了现有技术硬炭负极材料的首圈库伦效率低、循环稳定性和倍率差的问题，适用于钠/锂离子电池负极材料的制备。

技术领域

本发明涉及离子电池负极材料技术领域，具体为一种超高首效硬炭负极材料的制备方法及应用。

背景技术

随着世界经济的快速发展和人口数量的逐渐增加，不可再生能源消耗压力逐年增加，绿色、可持续发展的清洁能源越来越受到人们的关注和研究。然而新能源的利用常常受到自然环境的间歇性制约，因此大力发展能源储存技术至关重要。锂离子电池由于具有高可逆容量和良好的倍率稳定性等优点，已成为应用最广泛的电化学储能系统。然而，随着各种电子设备和电动汽车等大规模的工业应用需求不断增加，锂资源的高成本和有限储量已成为人们关注的焦点。因此，亟需开发成本低廉、性能优异的储能电池体系。研究发现，钠离子电池因其钠元素储量丰富、分布均匀且广泛，以及与锂离子电池类似的工作机制而被认为是理想的备选方案。

对于钠离子电池来说，开发低成本、高性能的电极材料是实现钠离子电池商业化应用的关键。而在各种负极材料中碳基材料因其原料丰富、合成简单、成本低廉等优点而备受青睐。但是现有的硬炭负极材料的首圈库伦效率低、循环稳定性和倍率差，其严重阻碍了硬炭基负极材料在钠离子电池的工业产业化中的应用，因此，如何得到一种高容量、高首效的硬炭负极材料是离子电池领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明意在提供一种超高首效硬炭负极材料的制备方法，以解决现有技术的硬炭负极材料的首圈库伦效率低、循环稳定性和倍率差的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种超高首效硬炭负极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、用破碎机将生物质材料破碎成碎屑；

S2、将经步骤S1处理后的生物质材料与添加剂球磨混合均匀；

S3、将步骤S2得到的混合物在空气中进行预氧化处理；其中，预氧化处理的条件为：将室温以1～10℃/min的升温速率升至150～300℃，并恒温保持18～24h，然后自然冷却至室温；

S4、将步骤S3预氧化后的混合物置于惰性气体中，先升温至450～650℃，保温1～4h；然后升温至800～1000℃，恒温1～4h；再升温至1000～1650℃，并恒温碳化1～4h，最后自然冷却至室温即可得到硬炭负极材料。

进一步地，在S1中，生物质材料为紫金花的树干、树枝、枯萎树叶、凋零花瓣中的一种或多种。

进一步地，在S2中，添加剂为磷酸氢二铵、亚磷酸氢二铵、柠檬酸氢二铵、草酸铵、尿素、甘油、顺丁烯二酸酐中的一种或几种。

进一步地，在S2中，生物质材料与添加剂的质量比为10:0～10。

进一步地，在S2中，生物质材料与添加剂球磨的转速为300～1000rpm，球磨珠为氧化锆、玛瑙和不锈钢珠中的一种，总的物料与球磨珠的质量比例为1:5～50。

进一步地，在S4中，惰性气体为氮气或氩气或两者的混合气体。

进一步地，在S4中，在1000℃以下的升温速率为1～8℃/min，在1000℃以上升温速率为1～4℃/min。