[发明专利]硬碳负极材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种硬碳负极材料的制备方法及其应用，将物质A、第一醇液和氧化剂混合，得到物质A过氧凝胶，将物质B溶于第二醇液中得到氨基溶液，将物质A过氧凝胶与氨基溶液混合反应，所得反应后浆料进行冷冻干燥，所得干粉置于保护气氛下煅烧，将煅烧料浸泡于酸液中处理，再水洗、干燥即得硬碳负极材料。本发明的硬碳负极材料为相对较薄的多孔多壁结构，有利于缩短钠离子和电子的传输距离，并能有效地刺激电流活性物质的高容量，提高能量密度，多孔、多壁的定型结构以及高比表面积为材料的的循环稳定性提供结构保障。

技术领域

本发明属于二次电池负极材料技术领域，具体涉及一种硬碳负极材料的制备方法及其应用。

背景技术

传统能源日益枯竭，引起人们对储能系统的关注，锂离子电池作为新一代的储能产品，引起了研究者的高度重视。然而，锂资源是有限的，随着锂离子电池需求的不断增长，可能会出现锂资源供应不足的情况。相比之下，钠元素表现出与锂元素相似的化学性质，且储量丰富。因此钠离子电池的概念被提出，且被视为是锂离子电池的最理想的替代。

但是钠离子的离子半径大于锂离子的离子半径，传统的石墨负极材料层间距过小，不适合钠离子在其中的脱嵌，需要开发更大层间距及孔隙的碳材料作为其负极材料。其中硬碳由于更大的晶面间距，是目前最具前景的钠离子电池负极材料。目前，硬碳负极材料可逆比容量低，首次效率差，在负极材料实际应用中效果较差，因此市场占有率低。限制了其在钠离子电池的应用。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种硬碳负极材料的制备方法及其应用。

根据本发明的一个方面，提出了一种硬碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将物质A、第一醇液和氧化剂混合，得到物质A过氧凝胶，将物质B溶于第二醇液中得到氨基溶液，所述物质A为锆、锗、锡的氯盐、硫酸盐中的至少一种，所述物质B为二元胺；

S2：将所述物质A过氧凝胶与所述氨基溶液混合反应，得到反应后浆料；

S3：将所述反应后浆料进行冷冻干燥，得到干粉，将所述干粉置于保护气氛下煅烧，得到煅烧料，将所述煅烧料浸泡于酸液中，即得所述硬碳负极材料。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述第一醇液和/或第二醇液为甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、乙二醇、二乙醇或丙三醇中的至少一种；所述物质A与所述第一醇液的固液比为(1-5)：100g/mL。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述物质A溶于第一醇液中，加入氧化剂混合，均在0-10℃下进行。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述氧化剂为20-45wt％的H₂O₂，所述物质A与氧化剂的固液比为(1-10)：(80-100)g/mL。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述二元胺选自二氨基甲苯、苯二胺、对苯二甲胺、乙二胺、丙二胺、丁二胺、萘二胺或环己二胺中的至少一种；所述物质B与所述第二醇液的固液比为(15-30)：100g/mL。

在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述混合反应的过程如下：利用第一分流管泵送所述物质A过氧凝胶，利用第二分流管泵送所述氨基溶液，利用调节管泵送醇液或氧化剂，所述第一分流管、第二分流管和调节管合至合流管，多个合流管合至主管，所述物质A过氧凝胶与氨基溶液在管道中混合反应，最终在所述主管得到所述反应后浆料。

在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述第一分流管中物质A过氧凝胶的给料量为0.0001-0.001m³/min，所述第二分流管中氨基溶液的给料量为0.00015-0.002m³/min。