[发明专利]一种钠/钾电用硬软碳复合材料电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种钠/钾电用硬软碳复合材料电极的制备方法，将硬碳前驱体海藻酸钠与软碳前驱体3，3’，4，4’‑联苯四甲酸二酐按照质量比为1～4：1的比例分散于水中，剧烈搅拌，冷冻成冰块，置于冻干机中冻干得到软硬复合碳，将软硬复合碳置于管式炉中，煅烧，将煅烧后的样品冷却至室温，洗涤，干燥，得到钠/钾电用硬软碳复合材料。在低倍率下该材料主要的储能机制为扩散控制，高倍率下主要为赝电容贡献的储能容量，钾离子在复合碳材料的碳层结构中扩散较快，有利于长循环和倍率性能的提升。

技术领域

本发明属于钠/钾电用硬软碳复合材料电极技术领域，具体涉及一种钠/钾电用硬软碳复合材料电极的制备方法。

背景技术

石墨负极材料已经成功应用于锂离子电池中，但是受限于较低的理论比容量，目前商业化的石墨负极比容量的发挥已经接近它的理论极限，还是不能达到电动汽车对于高能量密度的要求。钠离子电池，有着和锂离子电池类似的工作原理，凭借其丰富的钠资源，较低的成本，成为了锂离子电池一个很有前途的替代品。然而，传统的石墨负极应用在钠离子电池中时，展现出的比容量和长循环性能远远不能达到实用化的需求。

有鉴于此，大量的科研工作者开始集中研发一些钾电的碳基负极材料，合金类等负极材料。合金类负极材料由于固有的缺点：在长周期的循环过程中，电极材料体积膨胀比较大，应力使电极材料发生破裂粉碎等，长循环性能有待改进。近年来，科研工作者已经研发了大量的碳基负极材料，比如：软碳，硬碳，杂原子掺杂的碳材料，各种微观形貌的碳等。但是这些碳基材料往往难以同时实现高的比容量，良好的长循环性能，以及优异的倍率性能。更特别的，这些碳负极材料还难以实现规模化量产。

软碳、硬碳以及杂原子掺杂的碳材料，各有各的优缺点，但是如何采用一种简易的方法达到几种不同碳材料的优势的优异协同作用，还是一个挑战。软碳导电性好，倍率性能好，但是循环稳定性差，比容量低。而硬碳循环稳定性好，比容量高，但其导电性差导致倍率性能差。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述的技术缺陷，提出了本发明。

因此，作为本发明其中一个方面，本发明克服现有技术中存在的不足，提供一种钠/钾电用硬软碳复合材料电极的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种钠/钾电用硬软碳复合材料电极的制备方法，其包括，将硬碳前驱体海藻酸钠与软碳前驱体3， 3’，4，4’-联苯四甲酸二酐按照质量比为1～4：1的比例分散于水中，剧烈搅拌，冷冻成冰块，置于冻干机中冻干得到软硬复合碳，将软硬复合碳置于管式炉中，煅烧，将煅烧后的样品冷却至室温，洗涤，干燥，得到钠/钾电用硬软碳复合材料。

作为本发明所述的钠/钾电用硬软碳复合材料电极的制备方法的一种优选方案：所述硬碳前驱体海藻酸钠与软碳前驱体3，3’，4，4’-联苯四甲酸二酐按照质量比为1.5：1的比例分散于水中。

作为本发明所述的钠/钾电用硬软碳复合材料电极的制备方法的一种优选方案：所述剧烈搅拌，为剧烈搅拌10h；所述煅烧，为在氮气氛围下1000℃煅烧4h，升温速率为5℃min^-1。

作为本发明所述的钠/钾电用硬软碳复合材料电极的制备方法的一种优选方案：所述洗涤，为用1M的盐酸洗1h，再用去离子水洗涤；所述干燥，为 60℃鼓风干燥12h。