[发明专利]一种沥青基炭微球的制备方法及其作为钠离子电池电极材料的应用

说明书

一种沥青基炭微球的制备方法及其作为钠离子电池电极材料的应用，涉及钠离子电池电极材料领域。将沥青粉末和表面活性剂混合后加入高温硅油中，在空气氛围中加热保温，使其融化成球和表面氧化同时发生，得到形貌规整、已实现不熔化的沥青微球，然后将其从乳液体系中分离出来，洗涤干燥，最后经800‑1600℃炭化处理得到最终产物。该电极材料在50mA g^‑1的电流密度下表现出250‑450mA h g^‑1的放电比容量，1A g^‑1的电流密度下循环100圈仍具有140‑250mA h g^‑1的容量，具有高的放电比容量和良好的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及钠离子电池电极材料领域，特别涉及一种沥青基炭微球的制备方法及其作为钠离子电池电极材料的应用。

背景技术

锂离子电池凭借其能量密度高、循环稳定性好等优点，在储能领域有着广泛的应用。然而，由于锂资源储量不高而且分布不均，限制了锂离子电池的进一步发展。钠元素的储量非常丰富，而且与锂位于同一主族，具有相似的电化学性能，因此对钠离子电池的研究和应用有着非常广阔的前景。

目前，人们对钠离子电池正极材料的研究已有很多，然而负极材料往往也是决定电池性能好坏的关键因素，因而对负极材料的开发利用也是非常重要的。炭材料，尤其是石墨类材料，目前已经在锂离子电池领域得到了广泛的应用。然而钠离子具有较大的半径，无法像锂离子那样有效的插入到石墨片层中形成层间化合物，因而石墨类材料并不适合应用于钠电负极。

无定型炭具有较大的石墨片层间距，杂乱的微晶结构以及丰富的缺陷位，这些特点都有助于钠离子的储存，从而使材料具有较高的比容量。与形貌不规则的材料相比，球形材料具有更高的堆积密度，从而可以提供更高的体积比容量。因此，设法制备出一种球形的非晶结构的炭材料，用于钠离子电池负极材料时，可以表现出较高的比容量。

沥青是一种廉价的工业产品，以其作为前驱体，可以制备出多种炭材料。目前，人们对沥青基的微球类材料的研究主要集中在中间相炭微球(Mesocarbon microbeads，MCMB)上。石墨化处理后的MCMB已经可以广泛的应用于锂离子二次电池当中，但是高度石墨化的结构不利于其在钠离子电池中的应用。Lijun Song等人通过对MCMB进行低温炭化处理(700℃)，得到的产物具有一定的无序化程度，用作钠离子电池负极材料时，在25mA g^-1的电流密度下具有232mA h g^-1的可逆容量[Song L-J,Liu S-S,Yu B-J,Wang C-Y,Li M-W.Anode performance of mesocarbon microbeads for sodium-ionbatteries.Carbon.2015；95:972-7.]。专利CN108529585A“一种钠离子电池用改性中间相炭微球作为负极材料的制备方法”通过使用氢氧化钠刻蚀中间相炭微球，在炭微球表面制造介孔，缓解充放电过程中产生的体积效应，从而提高其在作为钠离子电池负极材料时的循环稳定性。然而，这些结果与MCMB在锂电领域的应用相比，无论是可逆容量，还是循环稳定性和倍率性能，都具有很大的差距。除了中间相炭微球之外，也有研究者直接以沥青为原料制备普通的沥青基微球。张永刚等人通过把沥青与萘进行混合，采用悬浮法制备出了毫米级的沥青微球，这种较大尺寸的沥青微球适用于活性炭吸附材料，而不适合用于电池负极材料[张永刚,王成扬.悬浮法制备沥青球的研究[J].炭素,2002(3):7-10.]。

以廉价的沥青作为原料，制备出一种无序化程度更高的沥青基炭微球，当其作为钠离子电池负极材料时，表现出更高的可逆容量和倍率性能，具有广阔的应用前景。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明的目的是提供一种新型的沥青基炭微球的制备方法，按下列方法制得：

步骤一：将原料沥青类物质粉碎，过筛，取一定量加入到耐高温硅油中，同时加入表面活性剂；