[发明专利]一种硬碳材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及硬碳材料制备方法，包括如下步骤：S100、对硬碳前驱体进行预氧化；S200、将预氧化的硬碳前驱体研磨成粉末；S300、对粉末进行微波处理；S400、对S300所得粉末进行煅烧，获得硬碳材料。一种硬碳材料，由所述的制备方法所制得。一种所述的制备方法所制得的硬碳材料在钠离子电池负极中的应用。效果为：以本发明所制备的硬碳材料作为钠离子电池负极材料组装成对钠半电池，在0‑2V的电压范围内，循环稳定性好，初始可逆容量高达370mAh/g，在20mA/g的电流密度下循环50圈，容量保持率达95.9％，相比于传统制备方法，明显提高了硬碳比容量，本发明方法简单，成本低，适于大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及钠离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种硬碳材料及其制备方法和应用。

背景技术

钠离子电池技术的发展是国家战略需求，同时也是市场化需求：

一方面，锂离子电池技术不断突破，全球电化学储能中锂电池比例高达86％，然而锂离子电池用于大规模储能领域受制于锂资源短缺，而全球锂资源分布中国仅占世界总量的22.9％，而每年锂资源消费占全球的40％，因此不得不从国外大量进口；

另一方面，在大规模储能的应用领域，大家最关心的就是成本，钠离子电池与锂离子电池相比的最突出的优点就是价格便宜。

在钠离子电池领域，按照石墨化程度不同，碳基负极可分为石墨、软碳和硬碳等。锂电池中广泛使用的石墨类负极材料储钠需溶剂化共嵌，造成材料循环稳定性降低。非石墨化软碳表现一定的储钠性能，但首次库伦效率不高；石墨化后的软碳储钠容量降低且储钠平均电位较高。在众多碳基储钠负极材料中，硬碳材料是最理想的也是最有希望实现产业化钠离子电池负极材料。2000年以来科研工作者们大量研究了各类不同碳源的硬碳合成方法，得到的硬碳材料比容量大多分布于150～350mAh/g，而利用简单易行的方法制备出高容量，循环稳定的硬碳材料是钠离子电池产业化路上亟待解决的。

因此，基于大规模储能的迫切需求，开发设计以硬碳作为负极的钠离子电池具有重要的科学意义和实际应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种硬碳材料及其制备方法和应用，以克服上述现有技术中的不足。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种硬碳材料制备方法，包括如下步骤：

S100、对硬碳前驱体进行预氧化；

S200、将预氧化的硬碳前驱体研磨成粉末；

S300、对粉末进行微波处理；

S400、对S300所得粉末进行煅烧，获得硬碳材料。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，S100中对硬碳前驱体进行预氧化具体为：

S110、将硬碳前驱体研磨成细粉末；

S120、将S110中所得粉末低温预氧化预设时间即可。

进一步，S110中，硬碳前驱体的研磨采用干法手动研磨，直至状态为细粉末，增大与空气接触面积。

进一步，S120中，硬碳前驱体预氧化时，可以置于坩埚内，而预氧化时坩埚不盖盖，使硬碳前驱体暴露空气中。

进一步，硬碳前驱体为生物质衍生物碳源或高分子有机物。

进一步，生物质衍生物碳源为淀粉、纤维素或糖类；

高分子有机物为酚醛树脂或PAN。

进一步，预氧化时，硬碳前驱体应初步碳化，颜色均匀。