[发明专利]基于酚醛树脂的钠离子电池硬碳负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于酚醛树脂的钠离子电池硬碳负极材料及其制备方法和应用，所述钠离子电池碳负极材料为宏观形貌呈不规则块状、内部存在纳米级微孔结构的硬碳材料；其中，所述不规则块状的典型尺寸在10‑200μm；所述纳米级微孔结构的孔道直径小于2nm；所述硬碳材料具有短程有序、长程无序的微观结构特征；所述硬碳材料以酚醛树脂为前驱体，和乙醇按体积比2:1‑8:1的比例混合后，经水热固化处理，再经机械粉碎之后，在惰性气氛保护下碳化、裂解而成；所述酚醛树脂包括苯酚‑甲醛树脂、间二苯酚‑甲醛树脂、对二苯酚‑甲醛树脂、苯酚‑糠醛树脂中的一种或多种混合物。

技术领域

本发明涉及新能源材料技术领域，尤其涉及一种基于酚醛树脂的钠离子硬碳负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

能源是当今人类社会发展不可或缺的物质基础。随着人们对能源需求的不断增加，开发低成本、高性能的储能系统是保证稳定、可持续能源供应的必要条件。以锂离子电池为代表的二次电池，由于其能量密度大，能量转换效率高，循环寿命长等优点，成为最具发展前景的储能技术。然而随着电动汽车、消费类电子产品的规模不断增长，锂资源的稀缺性和空间分布不均限制了锂离子电池在大规模储能领域的应用。

作为同一主族元素，钠具有与锂相似的物理化学性质，并且钠源储备充足，成本低廉，因此近年来钠离子电池在大规模储能领域受到越来越多的关注。与锂离子电池相比，钠盐电导率较高，钠离子电池可使用铝箔作为集流体，在成本上具有相当的优势。然而由于热力学原因，半径较大的钠离子难以嵌入石墨中形成稳定的化合物，因此限制了石墨作为负极材料在钠离子电池中的应用。因此目前钠离子电池商业化生产的瓶颈在于寻求一种合适的负极材料，像石墨负极在锂离子电池中的应用一样，便宜而且高效。

发明内容

本发明实例提供了一种基于酚醛树脂的钠离子电池硬碳负极材料及其制备方法和应用。以酚醛树脂为原料，提出了一种制备工艺简单、孔径分布可调、平台容量可调的高储钠容量、高能量密度硬碳材料的制备方法，并将其作为负极材料应用于钠离子二次电池中。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于酚醛树脂的钠离子电池硬碳负极材料，

所述钠离子电池碳负极材料为宏观形貌呈不规则块状、内部存在纳米级微孔结构的硬碳材料；其中，所述不规则块状的典型尺寸在10-200μm；所述纳米级微孔结构的孔道直径小于2nm；所述硬碳材料具有短程有序、长程无序的微观结构特征；

所述硬碳材料以酚醛树脂为前驱体，和乙醇按体积比2:1-8:1的比例混合后，经水热固化处理，再经机械粉碎之后，在惰性气氛保护下碳化、裂解而成；

所述酚醛树脂包括苯酚-甲醛树脂、间二苯酚-甲醛树脂、对二苯酚-甲醛树脂、苯酚-糠醛树脂中的一种或多种混合物。

第二方面，本发明实例提供了一种上述第一方面所述的钠离子电池硬碳负极材料的制备方法，包括：

将液态酚醛树脂与乙醇按体积比2:1-8:1的比例混合，搅拌均匀；

将所述酚醛树脂与乙醇的混合物转移到反应釜中，180±20℃水热处理2-6小时，使酚醛树脂固化；

将固化后的酚醛树脂取出，机械研磨成粉末；

将所述粉末放入管式炉中，通入惰性气体保护，在1200-1700℃进行热处理2小时，以使材料裂解、碳化；

冷却至室温，得到宏观形貌呈不规则块状，内部存在纳米级微孔结构的硬碳材料，即为所述钠离子电池碳负极材料；其中所述纳米级微孔结构的孔道直径小于2nm；所述钠离子电池碳负极材料具有短程有序、长程无序的微观结构特征。

优选的，所述酚醛树脂包括苯酚-甲醛树脂、间二苯酚-甲醛树脂、对二苯酚-甲醛树脂、苯酚-糠醛树脂中的一种或多种混合物。