[发明专利]一种无定形碳电池负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种无定形碳电池负极材料及其制备方法和应用。本发明公开了一种无定形碳电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：将碳源与球磨珠进行球磨，得到无定形碳电池负极材料；球磨的转速为400～1000r/min。该无定形碳电池负极材料的制备方法简单，成本较低，且制备得到的无定形碳电池负极材料对钠离子/锂离子脱嵌效果好，为钠离子/锂离子的存储提供大量的空间并提供了较高的比容量，且循环性能好。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种无定形碳电池负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

化石能源目前是被最为广泛应用的能源资源。而能源的使用自然需要考虑到蓄能技术。当下，二次电池因其灵活性，高能源转换效率和简单的后期维护被视为最有前景的储能技术，而目前工业生产及生活中最主要使用的是锂离子电池。但是，随着对锂的需求不断增加，锂的价格也持续飞涨。此外，锂并不是一种丰富的资源。根据相关人士的计算，目前地球上存有的锂资源只能持续使用最多65年，这将极大地限制各类行业的持续性发展。此时，亟待更契合当下环境和资源，能实际广泛应用于工业生产及生活中的储能电池体系。而钠离子电池便是的最好突破口。

钠，作为地球上第四大丰富的元素，有着广阔无尽的分布。钠虽然在放电电压、储存条件、重量以及体积上相较于锂偏于劣势，但其来源丰富、价格便宜、环境友好等特性还是十分突出。此外，在电池组件和电存储机制方面，钠离子电池和锂离子电池的理念基本相同，所以两者之间的转换并不会存在较大问题。

目前，钠离子电池负极材料的制备步骤较多，且能耗高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种无定形碳电池负极材料及其制备方法和应用，该无定形碳电池负极材料的制备方法简单，成本较低，且制备得到的无定形碳电池负极材料对钠离子/锂离子脱嵌效果好，为钠离子的存储提供大量的空间和比容量，且循环性能好。

其具体技术方案如下：

本发明提供了一种无定形碳电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

将碳源与球磨珠进行球磨，得到无定形碳电池负极材料；

所述球磨的转速为400～1000r/min，更优选为400～500r/min，进一步优选为450r/min。

硬碳可以促使钠和锂离子的可逆脱嵌，延长电池的寿命，且由于具有较大的层间距和不规则性，硬碳可以为钠离子提供良好的嵌脱机制，另外，碳基体对锂/钠离子电池有良好的电化学活性。

本发明中，所述球磨为高能球磨。相较于普通球磨，高能球磨技术能够提供更高的能量，从而有利于制备的进行，并且能缩短制备时间。所述球磨具体为：每球磨60min，停止球磨30min，保证球磨机的散热。

现有技术中，无定形碳电池负极材料的制备大多需要化学合成的方法并进行高温处理，上述方法合成步骤多，能耗高，且需要表面活性剂进行辅助。本发明中，无需高温处理，仅需将碳源进行高温球磨物理条件处理即可得到无定形碳。

优选地，所述球磨的时间为5～40h，更优选为15-30h，进一步优选为20h。

优选地，所述碳源与所述球磨珠的质量比为1:15～1:40，更优选为1：25-1：40进一步优选为1:30。本发明中，碳源的加入量为5-50g。

优选地，所述碳源和球磨珠的体积为所述球磨使用的球磨罐体积的1/5～1/3，更优选为1/4。

本发明中，所述碳源与所述球磨珠一起加入球磨罐中，并将球磨罐中的空气置换成惰性气体，然后再进行高能球磨；惰性气体优选为氩气(Ar)；球磨珠优选为铁球；球磨罐的材料优选为不锈钢、碳化钨或氧化锆；球磨罐的体积为200-1000mL。