[发明专利]钠离子电池负极材料用生物质硬碳的制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种钠离子电池负极材料用生物质硬碳的制备方法，包括如下步骤：提供原材料龙眼壳，通过热水及酸性溶液浸泡、烘干得到前驱体；通入保护气体，对所述前驱体进行预热处理，冷却后进行研磨得到中间品；将所述中间品进行碳化处理，冷却后即得到生物质硬碳。本发明利用生物废料龙眼皮为原材料，对环境友好，成本低；采用碳化处理，使得到的生物质硬碳形成部分石墨化的碳结构，有利于钠离子储存，提高比容量，还具有优异的低温性能，同时，此钠离子电池负极材料用生物质硬碳的制备方法简单，方便。

技术领域

本发明涉及钠离子储能材料领域，尤其涉及一种钠离子电池负极材料用生物质硬碳的制备方法及其应用。

背景技术

锂离子电池目前广泛应用于便携电子器材中，然而随着电动汽车和可再生能源电力存储系统对锂离子电池日益增长的市场需求，锂离子资源的耗尽和成本的增加将会阻碍锂离子电池的持续性发展和在大型化设备中的应用。因此，开发平价的可替代锂离子电池的储能技术成为国际研究热点。近几年来，钠因其与锂具有相似的结构和性质，以及钠在地壳中丰富的储量和广泛的分布(26000ppm的储量相比较于锂20ppm的储量)，钠离子电池被视为锂离子最有希望的替代技术。此外，钠离子反应电位略高于锂离子，能放到0V且不易生成枝晶导致爆炸，进一步提高了电池的安全性。

钠离子电池的充放电机理与锂离子电池相似，通过钠离子在正负极之间的脱嵌来实现。在正极方面，现已成功开发出与钴酸锂容量接近的钠离子电池正极材料，包括聚阴离子类如Na₃V₂(PO₄)₃，层状氧化物类如Na_0.67[Fe_xMn_1-x]O₂和普鲁士蓝类材料如NaMFe(CN)₆，且不需要使用钴等高价稀有金属。在负极方面，由于钠离子无法插入石墨层，传统的石墨材料无法用于钠离子电池的负极，缺少一种高效、低廉的负极材料是限制钠离子电池发展的瓶颈之一。

J.R.Dahn发现硬碳用于钠离子电池的负极材料，可提供300mAh/g以上的比容量。硬碳是指在高温下也难以完全石墨化的碳，大量存在于自然界中的纤维素、半纤维素、木质素和果胶等都属于硬碳。因此，生物质资源包括农业废弃物、植物、水果残渣都可作为硬碳的前驱体；现有技术中制备硬碳前驱体的方法通常包括高温碳化，酸碱活化或者水热反应，存在着合成步骤复杂、周期长等缺点。且现有技术中由于处理方法的原因，所得的生物质硬碳含有的短程有序的石墨结构和微孔结构较少，导致了现有技术中制备得到的大部分硬碳材料比容量都在0.1V以上，不利于硬碳负极材料在钠离子全电池中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钠离子电池负极用生物质硬碳的制备方法，旨在解决现有技术中生物质硬碳材料含有短程有序的石墨结构和微孔结构较少，0.1V以下比容量较低的问题，为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种钠离子电池负极材料用生物质硬碳的制备方法，包括如下步骤：

提供原材料龙眼壳，通过热水及酸性溶液浸泡、烘干得到前驱体；

通入保护气体，对所述前驱体进行预热处理，冷却后进行研磨得到中间品；

将所述中间品进行碳化处理，冷却后即得到生物质硬碳。

相应的，本发明还提供一种钠离子电池负极电极片的制备方法，包括如下步骤：

提供由上述的钠离子电池负极材料用生物质硬碳的制备方法制备得到的生物质硬碳；

将所述生物质硬碳与粘接剂、导电炭黑按比例混合，再加入溶剂、充分搅拌得电极浆液；

将所述电极浆液涂抹在集流体上，烘干后冲压得到钠离子电池负极电极片。