[发明专利]硬碳负极材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种硬碳负极材料的制备方法及应用，方法包括如下步骤：将碱化核桃壳粉碎后分散至氢氧化钠异丙醇溶液中，向氢氧化钠异丙醇溶液依次滴加维生素BT、一氯乙酸溶液，过滤、洗涤、烘干后得到活性核桃壳颗粒；将活性核桃壳颗粒置于惰性气体中烧结，得到碳材料；将碳材料浸渍于酸液中，在微波功率条件下加热处理，得到深棕色糊状物，自然冷却后进行抽滤，用蒸馏水反复洗涤至中性，干燥后得到硬碳负极材料。本申请基于碱化核桃壳，核桃壳廉价、环保、可再生、易获得，相比于人工制备的碳材料，具有明显的低成本优势。采用先活化、碳化，再氧化的方式，促使核桃中的杂质被祛除，实现核桃本身的孔洞结构形成碳含量较高的多孔碳材料。

技术领域

本发明涉及钠离子储能设备技术领域，尤其涉及一种硬碳负极材料的制备方法及应用。

背景技术

在当前技术中，碳材料作为负极材料已经被广泛应用于锂离子电池之中。碳负极材料主要有人造石墨、天然石墨、碳纳米管，硬碳等多种碳材料，其中硬碳材料作为一种无定型碳，具有较高的可逆容量，理论上达到700mAh/g～1000mAh/g，超过了石墨化碳的理论容量372mAh/g，且硬碳的无规则结构，能够保障充放电过程中的结构稳定，使锂电池能够具有较长的循环寿命，且具有较好的倍率性能。但目前而言，硬碳材料存在首效较低，可逆容量较低(200mAh/g～400mAh/g)，电压存在滞后等问题，阻碍了硬碳材料的进一步应用。业内也有提出用碳包覆硅材料作为负极材料提升性能，但碳包覆的主要作用是抑制硅材料在脱嵌锂过程中体积的膨胀收缩，从而解决了容量衰减快的问题。

随着电动汽车、智能电子设备的广泛应用，锂的需求量将大大增加，而锂的储量有限，且分布资源不均匀，从而推高了与锂相关材料的价格，增大了电池成本。因此开发性能优异且廉价的非锂基电化学储能器件，已成为了迫在眉睫的任务。与锂离子电池工作原理类似，资源更加丰富的钠离子电池受到了广泛的关注。由于钠枝晶的形成很容易导致液态电池的短路，并且金属钠比金属锂更加活泼，如遇水很容易起火爆炸，因此实际的钠离子电池中不能应用钠金属作为负极。更加糟糕的是被广泛应用的锂离子电池石墨负极由于热力学原因没有储钠性能。钠离子电池的碳基负极材料跟锂离子电池的碳基负极材料相比是有较大区别的，这个区别主要源于钠离子较大的离子半径。在锂离子电池中广泛应用的传统石墨类负极材料由于层间距离小于钠离子直径，使得传统石墨类材料很难进行有效储钠。

核桃壳为一种可再生资源，且洁净环保，以核桃壳为前驱体制备硬碳材料为大批量、低成本制备硬碳材料提供了一种有效的思路方法。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

基于上述原因，本申请人提出了一种硬碳负极材料的制备方法及应用，旨在解决上述问题。

为了满足上述要求，本发明的第一个目的在于提供一种硬碳负极材料的制备方法，基于碱化核桃壳，应用于钠离子电池，包括如下步骤：

将所述碱化核桃壳粉碎后分散至氢氧化钠异丙醇溶液中，向所述氢氧化钠异丙醇溶液依次滴加维生素BT、一氯乙酸溶液，过滤、洗涤、烘干后得到活性核桃壳颗粒；

将所述活性核桃壳颗粒置于惰性气体中烧结，得到碳材料；

将所述碳材料浸渍于酸液中，在微波功率条件下加热处理，得到深棕色糊状物，自然冷却后进行抽滤，用蒸馏水反复洗涤至中性，干燥后得到硬碳负极材料。

其中，所述向所述氢氧化钠异丙醇溶液依次滴加维生素BT、一氯乙酸溶液的步骤包括，滴加6-9份维生素BT后搅拌反应。

其中，所述滴加6-9份维生素BT后搅拌反应的步骤之后包括，将加入维生素BT的溶液分散在氢氧化钠的乙醇-水混合溶液中，滴加7-8份氯乙酸后搅拌。

其中，所述将所述碳材料浸渍于酸液中的步骤包括，将碳材料按质量比为1:3浸渍于磷酸中。