[发明专利]一种改性硬碳及其改性方法和应用

说明书

本发明公开一种改性硬碳及其改性方法和应用，属于钠离子电池负极材料技术领域，所述改性方法包括以下步骤：在氧气、氧气‑氩气混合气、氧气‑氮气混合气中的任意一种气氛中，用冷等离子体对硬碳进行改性处理，即可得到功能化改性的硬碳材料。本发明提供的硬碳改性方法处理工艺简单高效、处理过程绿色环保，制得的改性硬碳材料可作为钠离子电池负极，显示出较高的首次库伦效率和优异的储钠性能。

技术领域

本发明涉及钠离子电池负极材料技术领域，尤其涉及一种改性硬碳及其改性方法和应用。

背景技术

钠离子电池作为锂离子电池的替代者，近年来被广泛研究。但是随着对能量密度的要求越来越高，高性能负极材料的缺乏严重制约着钠离子电池的发展及其商业化进程。

碳基材料因其独特的优势——来源广泛、资源丰富、结构多样而成为碱金属离子电池负极材料的首选研究目标。然而，在锂离子电池中已商业化的石墨由于片层间距较小，导致钠离子难以脱嵌，并且其不能与钠离子形成稳定的化合物，因此储钠性能较差。而硬碳材料具有丰富的无定型区域以及比石墨更大的层间距，在储钠领域更有竞争力。但是，硬碳材料在前几次充放电过程中会与电解质反应形成固体电解质膜(SEI膜)，同时硬碳材料的本征缺陷(根据悬挂键、位错、层错等)也会不可逆吸附钠离子，造成容量损失。另外，碳材料较差的分散性也严重影响了其电化学性能。这些都限制了硬碳材料的大规模应用。

为了提高硬碳的首次库伦效率和储钠性能，目前已经进行了碳包覆、纳米结构设计以及杂元素掺杂等研究，并取得了一定成效，但是上述方法普遍存在制备工艺复杂、容易造成尾气或废液污染以及高容量和高首效不能兼顾等问题。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种改性硬碳及其改性方法和应用。

本发明的一种改性硬碳及其改性方法和应用是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一个目的是提供一种硬碳材料的改性方法，包括以下步骤：

在氧气、氧气-氩气混合气、氧气-氮气混合气中的任意一种气氛中，用冷等离子体对硬碳进行改性处理，即可得到功能化改性的硬碳材料。

进一步地，所述改性处理时，冷等离子体的气氛温度为20～1000℃，气氛压力为1～100Pa，处理时间为5～1200min。

进一步地，所述氧气-氩气混合气和氧气-氮气混合气中，氧气含量为总混合气的10％～60％。

进一步地，所述冷等离子体的发生方式为直流辉光放电、脉冲辉光放电、磁控放电、电容耦合射频放电、电感耦合射频放电、微波放电等不限其他低温等离子体发生方式中的一种。

进一步地，所述硬碳的粒径为0.5～10μm。

进一步地，所述硬碳是经过以下步骤制得：将原始硬碳经破碎、球磨、筛分，得到粒径均匀的硬碳；其中，球磨是在球磨罐中进行的，球磨时间为1～24小时，球磨转速为100～1000r/min。

进一步地，所述球磨罐的材质为刚玉、不锈钢、二氧化锆中的任意一种。

本发明的第二个目的是为了提供一种改性硬碳，所述改性硬碳是根据上述任意一种方法得到的。

本发明的第三个目的是为了提供一种通过上述任意方法制得的改性硬碳在用作钠离子电池负极材料方面中的应用。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：