[发明专利]木质素基硬碳微球及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种木质素基硬碳微球，所述木质素基硬碳微球由木质素磺酸钠和酚醛树脂复合制成，且所述木质素基硬碳微球的粒径为1‑5μm，其中，所述酚醛树脂为热固性酚醛树脂。所述酚醛树脂均匀分散在所述木质素磺酸钠中，在高温烧结碳化过程中，固化后的酚醛树脂呈现三维网络高度交联的结构特性，内部与所述木质素磺酸钠的碳化结构形成牢固、互相交联的微层结构和均匀的孔间距，从而有效修复木质素磺酸钠高温煅烧时由于杂原子的脱除形成的缺陷位，作为钠离子电池负极材料时，不仅能够有效提高容量和首次库伦效率，而且表现出优异的倍率性能和长循环。

技术领域

本发明属于钠离子电池负极材料技术领域，尤其涉及一种木质素基硬碳微球及其制备方法和应用。

背景技术

随着电动汽车、智能电网时代的真正到来，全球的锂资源将无法有效满足动力锂离子电池的巨大需求，地球上有限的锂资源终将耗尽，锂价格也将上升。同时，锂资源的供不应求进一步推高与锂相关材料的价格，增大电池成本，最终阻碍新能源产业的发展。由于钠资源丰富，且与锂是同主族元素，开发成本低，有望替代锂离子电池成为新一代储能器件。

石墨作为锂离子电池负极材料，具有较好的电化学性能。由于钠的半径大，不能在石墨(0.335nm)中可逆的脱嵌，所以石墨不能作为钠离子电池的负极材料，寻找合适的钠离子脱嵌的负极材料是提高钠离子电池负极材料的关键。硬碳由于其内部杂乱无规则的碳层排列，具有较大的层间距，其无定形石墨片间和纳米孔为钠离子的储存提供了理想的活性位点。但制备硬碳的前驱体，经高温煅烧下杂原子的脱除形成较多缺陷位和部分杂质残留，导致很大的不可逆容量，使得首次库伦效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种木质素基硬碳微球及其制备方法，旨在解决现有用于制备硬碳的前驱体经高温煅烧下杂原子的脱除形成较多缺陷位和部分杂质残留，导致很大的不可逆容量，使得首次库伦效率低的问题。

本发明的另一目的在于提供一种含有上述木质素基硬碳微球的钠离子电池负极材料。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供一种木质素基硬碳微球，所述木质素基硬碳微球由木质素磺酸钠和酚醛树脂的复合制成，且所述木质素基硬碳微球的粒径为1-5μm，其中，所述酚醛树脂为热固性酚醛树脂。

优选的，所述酚醛树脂的数均分子量为200-500。

优选的，以所述木质素磺酸钠和所述酚醛树脂的总重量为100％计，所述酚醛树脂的重量百分含量≤50％。

进一步优选的，所述木质素磺酸钠和所述酚醛树脂的重量比为1:1。

相应的，本发明提供一种木质素基硬碳微球的制备方法，包括以下步骤：

提供酚醛树脂和木质素磺酸钠，其中，所述酚醛树脂为热固性酚醛树脂，且所述述酚醛树脂的数均分子量为200-500；

将所述酚醛树脂和所述木质素磺酸钠溶于蒸馏水中，制备前驱体混合液；

将所述前驱体混合液经喷雾干燥处理获得前驱体复合微球，将所述前驱体复合微球在惰性气氛下进行煅烧碳化，制备得到木质素基硬碳微球。

优选的，所述前驱体混合液中的固含量为3-30％。

优选的，所述前驱体混合液中，所述酚醛树脂的质量百分浓度≤50％。

优选的，所述喷雾干燥处理中，喷雾干燥器的参数设置为：进口温度为110℃-120℃，出口温度为70℃-100℃。