[发明专利]一种具有宽层间距硬碳材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有宽层间距硬碳材料及其制备方法。该具有宽层间距硬碳材料，其通过有机物纤维膜经过沿纤维轴线拉伸和加热后得到。拉伸和加热各进行三次；三次拉伸分布将聚丙烯氰纳米纤维膜延长8％～10％、6％～8％、2％～5％。三次加热的温度分布为350℃～450℃、500℃～800℃、1000℃～1400℃。本发明对聚丙烯氰纳米纤维膜交替进行拉伸与高温处理，有效提升了聚丙烯氰衍生硬碳的层间距，所得硬碳材料能够达到0.429nm的层间距，其在100mA/g下能够达到260mAh/g的容量。由于本发明提供的硬碳材料具有较大的层间距，故其表现出优秀的储钠性能。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，尤其涉及一种具有宽层间距硬碳材料的制备方法及储钠应用。

背景技术

锂离子电池因其能量密度高，已被应用于我们生活中的多个领域。锂资源的匮乏迫使我们开发其他的碱金属电池。钠离子电池因为地壳中丰富的钠资源而备受青睐。然而，由于钠离子半径比锂离子大，普通的碳材料并不适合应用于钠离子电池。硬碳被认为是钠离子电池理想的负极材料。然而，常规碳化的方法难以得到具有宽层间距的硬碳材料，这不利于钠离子的嵌入与脱嵌，降低了钠电极的容量，影响了钠离子电池的实际应用。并且宽层间距与电子导电性往往不能同时满足。比如升高碳化温度能提升电子导电性，然而层间距却减小。所以，为了促进钠离子电池发展，我们有必要开发制备具有宽层间距硬碳材料的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有宽层间距硬碳材料及其制备方法。

第一方面，本发明提供一种具有宽层间距硬碳材料，其通过有机物纤维膜经过沿纤维轴线拉伸和加热后得到。

作为优选，所述的有机物纤维膜交替进行多次拉伸和多次加热。各次加热的温度逐步提高。各次拉伸的速率逐步降低。

作为优选，拉伸和加热各进行三次；三次拉伸分布将聚丙烯氰纳米纤维膜延长8％～10％、6％～8％、2％～5％。

作为优选，拉伸和加热各进行三次；三次加热的温度分布为350℃～450℃、500℃～800℃、1000℃～1400℃。

作为优选，所述的有机物纤维膜采用聚丙烯腈纳米纤维膜、聚酰胺纳米纤维膜或聚乙烯醇纳米纤维膜。

第二方面，本发明提供前述具有宽层间距硬碳材料的制备方法，其具体步骤如下：

步骤一、沿纤维轴向拉伸有机物纤维膜，使其延长8％至10％。

步骤二、将步骤一所得的聚丙烯氰纳米纤维膜在350℃～450℃下加热，升温速率为2℃/min，之后自然降温。

步骤三、沿纤维轴向拉伸步骤二所得的有机物纤维膜，使其延长6％至8％。

步骤四，将步骤三所得聚丙烯氰纳米纤维膜在500℃～800℃下加热，升温速率为2℃/min，之后自然降温。

步骤五、沿聚丙烯腈纳米纤维轴向拉伸步骤四所得有机物纤维膜，使其延长2％至5％。

步骤六、将步骤五所得聚丙烯氰纳米纤维膜在1000℃～1400℃下加热，升温速率为2℃/min，之后自然降温，得到具有宽层间距的硬碳材料。

作为优选，步骤二、四和六中的加热均在氩气气氛中进行。

作为优选，步骤一所述的有机物纤维膜采用聚丙烯腈纳米纤维膜。聚丙烯腈纳米纤维膜的制备过程为：以二甲基甲酰胺为溶剂，配置质量分数为10％的聚丙烯腈溶液，通过静电纺丝方法制备聚丙烯腈纳米纤维膜。