[发明专利]一种钠离子电池碳基负极材料及其制备工艺

说明书

本发明涉及钠离子电池技术领域，且公开了一种钠离子电池碳基负极材料及其制备工艺，以生物质的醛基木质素作为碳前驱体，利用双肼酞嗪与木质素的醛基发生席夫碱反应进行交联，通过反相悬浮法制备了多孔经过的双肼酞嗪交联木质素微球，最后高温碳化得到高比表面积的含氮多孔碳球材料作为钠离子电池的负极材料，氮掺杂形成吡啶氮、石墨氮等结构提高了多孔碳球材料的导电性和比容量，碳球的多孔结构促进了电子的传输以及钠离子在电极材料中脱嵌过程，提高负极材料的循环稳定性能，得到循环性能较优越，比容量高的钠离子电池。

技术领域

本发明涉及钠离子电池技术领域，具体为一种钠离子电池碳基负极材料及其制备工艺。

背景技术

相比于锂离子电池，钠离子电池具有成本更低、钠源储量丰富等优点，但是钠离子电池存在比容量低、能量密度不高等缺陷，限制了钠离子电池的实际应用，钠离子电池的负极材料对电池的容量和能量密度由很大影响，开发高性能的钠离子电池负极材料是研究热点。

钠离子电池的负极材料主要有碳基材料、合金材料、金属氧化物材料等，其中碳基材料的循环性能好，碳前驱体来源广泛，制备工艺多样等特点，是一种极具发展前景的负极材料，如专利202111476574.2《CN114361450A一种氮掺杂-多孔碳纳米纤维钠离子电池负极材料及其制备方法》，公开了氮掺杂的多孔碳纤维材料具有理化性质稳定，原料来源广泛且成本低廉，电化学性能好，安全性高，作为电极具有较高的倍率性能，循环稳定性好等优点。本发明以生物质木质素作为碳源，得到氮掺杂多孔碳球，作为钠离子电池的负极材料。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明提供了一种钠离子电池碳基负极材料，解决了钠离子电池负极材料循环性能较差，容量低的问题。

(二)技术方案

一种钠离子电池碳基负极材料，负极材料由质量比为75-85％的含氮多孔碳球材料、8-12％的粘结剂、7-13％的导电剂，以及铝箔或铜箔集流体组成，所述含氮多孔碳球材料由双肼酞嗪和醛基木质素交联形成微球，然后高温碳化制备而成。

钠离子电池碳基负极材料的制备工艺包括如下步骤：

S1：将醛基木质素加入到蒸馏水中，超声分散后加入双肼酞嗪并搅拌溶解作为水相，然后加入液态石蜡和表面活性剂司盘80作为油相，搅拌反应后将水相加入到乙醇中进行沉淀，过滤溶剂，乙醇洗涤，得到双肼酞嗪交联木质素微球。

S2：将双肼酞嗪交联木质素微球和氢氧化钾混合均匀，放入管式炉中，氮气气氛中700-850℃中碳化2-3h，蒸馏水洗涤碳化产物至中性，得到含氮多孔碳球材料。

优选的，所述S1中双肼酞嗪的用量为木质素重量的20-50％。

优选的，所述S1中蒸馏水和液态石蜡的体积比为2-4:1。

优选的，所述S1中反应温度为55-70℃，反应时间为2-4h。

优选的，所述S1中醛基木质素的制备工艺包括如下步骤：

S3：将木质素加入到浓度为6-10％的氢氧化钠水溶液中，然后滴加三甲胺的水溶液，升温至60-80℃，然后滴加三氯甲烷搅拌回流反应6-12h，反应后滴加盐酸溶液进行沉淀，过滤，蒸馏水洗涤，得到醛基木质素。

(三)有益的技术效果

以生物质的醛基木质素作为碳前驱体，利用双肼酞嗪与木质素的醛基发生席夫碱反应进行交联，通过反相悬浮法制备了多孔经过的双肼酞嗪交联木质素微球，最后高温碳化得到高比表面积的含氮多孔碳球材料作为钠离子电池的负极材料，氮掺杂形成吡啶氮、石墨氮等结构提高了多孔碳球材料的导电性和比容量，碳球的多孔结构促进了电子的传输以及钠离子在电极材料中脱嵌过程，提高负极材料的循环稳定性能，得到循环性能较优越，比容量高的钠离子电池。

附图说明