一种钠离子电池负极材料及其制备方法和包含其负极材料的负极极片、钠离子二次电池与流程

    专利查询2025-11-09  32


    本公开涉及钠离子电池负极材料,具体地,涉及一种钠离子电池负极材料及其制备方法和包含其负极材料的负极极片、钠离子二次电池。


    背景技术:

    1、钠离子电池具有容量高、倍率性能更好等优点成为更适合于大规模储能的电池体系,加之钠资源丰富,钠离子电池装配成本更低,可直接沿用锂离子电池生产工艺使得钠离子电池更具有应用前景。而钠离子电池的电化学性能主要受限于电极材料的开发,因此,合理设计电极材料的结构成为研究关键。

    2、碳材料常用于二次电池负极材料,由于钠的半径比锂大,传统的石墨类负极不能实现钠离子的可逆脱嵌,因此寻找合适的钠离子脱嵌的负极材料是提高钠离子电池性能的关键。硬碳材料属于难以石墨化的碳,具有短程有序,长程无序的碳层排列,有序的碳层具有较大的层间距可实现钠离子的可逆脱嵌,具有较低的储钠电位,是理想的钠离子电池负极材料。生物质基硬碳材料具有来源广泛、价格低廉等优势,但存在循环稳定性差的缺陷,因此,需开发一种新型的制备方法提高钠离子电池的循环稳定性。


    技术实现思路

    1、本公开的目的是提供一种钠离子电池负极材料及其制备方法和包含其负极材料的负极极片、钠离子二次电池,该方法操作简单,可有效提高钠离子电池的循环稳定性。

    2、为了实现上述目的,本公开第一方面提供一种制备钠离子电池负极材料的方法,所述方法包括如下步骤:

    3、s1:将生物质前驱体在空气气氛下进行预氧化处理,得到预氧化后的前驱体;

    4、s2:将所述预氧化后的前驱体进行碳化处理;

    5、s1中所述预氧化处理的条件包括:温度为150~350℃,时间为12~48h;

    6、s2中所述碳化处理的条件包括:碳化温度为1000~1600℃,碳化时间为1~6h;

    7、所述生物质前驱体包括磺化木质素。

    8、可选地,所述磺化木质素选自木质素磺酸钠、木质素磺酸钙和木质素磺酸镁中的一种或多种。

    9、可选地,s1中所述预氧化处理的条件包括:温度为200~300℃;时间为24~30h。

    10、可选地,s2中所述碳化处理的条件包括:碳化温度为1200~1500℃;碳化时间为2~4h;

    11、所述碳化处理在惰性气氛下进行;所述惰性气氛包括氮气、氦气和氩气中的一种或多种;惰性气氛流量为50~300ml/min,优选为50~150ml/min。

    12、可选地,所述方法还包括:将s2中碳化处理后的产物进行酸洗、水洗和干燥处理。

    13、可选地,所述酸洗包括将s2中碳化处理后的产物与无机酸进行混合;所述无机酸选自盐酸、硫酸和醋酸中的一种;所述无机酸的浓度为1~12mol/l,优选为4~12mol/l;

    14、所述水洗包括将酸洗后的产物进行水洗至滤液的ph为6.5~7.5,随后进行过滤。

    15、本公开第二方面提供一种本公开第一方面所述方法制备的钠离子电池负极材料。

    16、本公开第三方面提供一种钠离子电池负极材料,以所述钠离子电池负极材料的重量为基准,碳元素的含量在91wt%以上,硫元素的重量含量为0~0.5wt%,氧元素的重量含量为0~9wt%;

    17、在所述钠离子电池负极材料的raman光谱图中,id/ig的比值在1.1~1.9之间;所述碳元素以硬碳形式存在。

    18、本公开第四方面提供一种钠离子电池负极极片,所述负极极片包括:集流体、粘结剂和本公开第二方面或本公开第三方面所述的钠离子电池负极材料。

    19、本公开第五方面提供一种钠离子二次电池,包括本公开第四方面所述的负极极片、正极、电解液以及所述正极与所述负极极片之间的隔膜;

    20、所述正极为锰酸钠、钴酸钠、磷酸钒钠或磷酸铁钠中的一种。

    21、通过上述技术方案,本公开的方法通过将生物质前驱体进行预氧化和碳化处理,得到具有闭孔结构和缺陷的硬碳材料,可有效提高钠离子电池的循环稳定性。

    22、本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。



    技术特征:

    1.一种制备钠离子电池负极材料的方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:

    2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述磺化木质素选自木质素磺酸钠、木质素磺酸钙和木质素磺酸镁中的一种或多种。

    3.根据权利要求1所述的方法,其中,s1中所述预氧化处理的条件包括:温度为200~300℃;时间为24~30h。

    4.根据权利要求1所述的方法,其中,s2中所述碳化处理的条件包括:碳化温度为1200~1500℃;碳化时间为2~4h;

    5.根据权利要求1所述的方法,其中,所述方法还包括:将s2中碳化处理后的产物进行酸洗、水洗和干燥处理。

    6.根据权利要求5所述的方法,其中,所述酸洗包括将所述s2中碳化处理后的产物与无机酸进行混合;所述无机酸选自盐酸、硫酸和醋酸中的一种;所述无机酸的浓度为1~12mol/l,优选为4~12mol/l;

    7.权利要求1~6中任意一项所述方法制备的钠离子电池负极材料。

    8.一种钠离子电池负极材料,其特征在于,以所述钠离子电池负极材料的重量为基准,碳元素的含量在91wt%以上,硫元素的重量含量为0~0.5wt%,氧元素的重量含量为0~9wt%;

    9.一种钠离子电池负极极片,其特征在于,所述负极极片包括:集流体、粘结剂和权利要求7或8任意一项所述的钠离子电池负极材料。

    10.一种钠离子二次电池,其特征在于,包括权利要求9所述的负极极片、正极、电解液以及所述正极与所述负极极片之间的隔膜;


    技术总结
    本公开涉及一种钠离子电池负极材料及其制备方法和包含其负极材料的负极极片、钠离子二次电池,所述方法包括如下步骤:S1:将生物质前驱体在空气气氛下进行预氧化处理,得到预氧化后的前驱体;S2:将所述预氧化后的前驱体进行碳化处理;S1中所述预氧化处理的条件包括:温度为150~350℃,时间为12~48h;S2中所述碳化处理的条件包括:碳化温度为1000~1600℃,碳化时间为1~6h;所述生物质前驱体包括磺化木质素。本公开的方法通过将生物质前驱体进行预氧化和碳化处理,得到具有闭孔结构和缺陷的硬碳材料,有效的提高了电池的可逆容量和循环稳定性。

    技术研发人员:袁颜霞,荣峻峰,李欢,杨宇翔,林伟,聂红
    受保护的技术使用者:中国石油化工股份有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
    转载请注明原文地址:https://tc.8miu.com/read-31821.html

    最新回复(0)