本發(fā)明涉及電池材料，具體涉及一種碳材料及其制備方法和應用、鈉離子電池。

背景技術：

1、鋰離子電池產(chǎn)業(yè)市場將迎來井噴期，但是鋰資源稀缺且分布不均。鈉元素具有與鋰元素性質相似，儲量豐富，成本低廉和潛在的高安全性的優(yōu)點，因此鈉離子電池在大規(guī)模儲能應用中極具發(fā)展前景，其具有良好的循環(huán)壽命，在倍率性能、高低溫性能方面也都與各種類型的鋰離子電池相當，同時具有資源優(yōu)勢，在儲能等領域具有較好的應用前景。

2、硬炭材料具有宏觀非石墨結構，層間距大，同時微觀結構無序，不易發(fā)生石墨化。硬炭前驅體來源豐富，包括樹脂(環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等)、高分子聚合物、生物質等，硬炭作為鈉離子電池電極材料具有較高的低壓平臺容量，是鈉離子電池最有應用前景的負極材料之一。但現(xiàn)有技術中硬炭材料作為負極材料來源不穩(wěn)定、且無法兼顧電化學性能(如容量、首效)與成本。

3、cn?113381013?a公開了一種鈉離子電池煤基硬炭負極材料及其制備方法和應用，負極材料的容量較高，但是首效很低(80％左右)。此外，該研究使用氫氟酸進行造孔與提純，氫氟酸(hf)具有腐蝕性強、刺激性氣味的特點，對操作人員和反應設備的傷害較嚴重，所以該研究采用hf脫灰并不易實現(xiàn)工業(yè)化應用，且材料首效有待進一步提升。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種碳材料及其制備方法和應用、鈉離子電池，將該碳材料作為鈉離子電池負極材料時可提升電池的容量和首效，且該制備方法適于工業(yè)化應用。

2、為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明第一方面提供了一種碳材料的制備方法，包括如下步驟：

3、1)將原煤置于堿液和酸液中反應，得到預處理煤；

4、2)將所述預處理煤在含氧氣氛下進行高溫氧化，得到預氧化煤；以及，

5、3)將所述預氧化煤進行高溫碳化處理，得到所述無定形碳材料。

6、進一步地，所述原煤的揮發(fā)分大于10％，氧碳比大于15％，優(yōu)選地，揮發(fā)分為10％-50％，氧碳比為15％-40％。

7、進一步地，所述將原煤置于堿液和酸液中反應包括：將原煤置于濃度10％-40％的堿液和濃度5％-10％酸液中浸泡。

8、進一步地，在堿液中的浸泡溫度為150～250℃，浸泡時間為1-8h；在酸液中的浸泡溫度為室溫，浸泡時間為1-8h。

9、進一步地，所述預處理煤的顆粒的d50為1-5000μm，優(yōu)選為5-500μm，更優(yōu)選為5-20μm。

10、進一步地，所述步驟2)高溫氧化的條件包括：在50℃-500℃處理1-8小時，升溫速度5-10℃/min，優(yōu)選溫度150～300℃。

11、進一步地，所述步驟3)中高溫碳化處理的條件包括：在惰性氣體氛圍及1000℃-1600℃下高溫處理1-8小時，升溫速度5-10℃/min；惰性氣體優(yōu)選為氮氣。

12、本發(fā)明第二方面提供了由上述制備方法制得的無定形碳材料，所述無定形碳材料的lc×la/(d002*氧碳比)＜210。

13、本發(fā)明第三方面提供了由上述制備方法制得的無定形碳材料的應用，將其作為鈉離子電池中的負極材料。

14、本發(fā)明第四方面提供了一種鈉離子電池，其包含由上述無定形碳材料制作的負極材料。

15、本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點：

16、本發(fā)明首先將原煤置于堿液和酸液中反應，目的在于去除原煤中的雜質與揮發(fā)分，得到預處理煤；接著將預處理煤在含氧氣氛下進行高溫氧化，目的在于引入氧到預處理煤中，抑制石墨化過程，有利于負極材料容量的提升，得到預氧化煤；之后將預氧化煤進行高溫碳化處理，得到無定形碳材料。本發(fā)明制備得到的無定形碳材料的lc×la/(d002*氧碳比)＜210，將其作為鈉離子電池負極材料時，容量較高，使得鈉離子電池的0.1c容量>300mah/g，首效>85％。

17、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將通過隨后的具體實施方式予以詳細說明。

技術特征：

1.一種碳材料的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述碳材料的制備方法，其特征在于：所述原煤的揮發(fā)分大于10％，氧碳比大于15％；優(yōu)選地，所述原煤的揮發(fā)分為10％-50％，氧碳比為15％-40％。

3.根據(jù)權利要求1所述碳材料的制備方法，其特征在于：所述將原煤置于堿液和酸液中反應包括：將原煤置于濃度10％-40％的堿液和濃度5％-10％酸液中浸泡；優(yōu)選地，所述堿液選自氫氧化鈉或氫氧化鉀的水溶液中的一種或多種，所述酸液選自鹽酸、硫酸和磷酸溶液中的一種或多種。

4.根據(jù)權利要求3所述碳材料的制備方法，其特征在于：在堿液中的浸泡溫度為150℃-250℃，浸泡時間為1-8h；在酸液中的浸泡溫度為室溫，浸泡時間為1-8h。

5.根據(jù)權利要求1所述無定形碳材料的制備方法，其特征在于：所述預處理煤的顆粒的d50為1-5000μm，優(yōu)選為5-500μm，更優(yōu)選為5-20μm。

6.根據(jù)權利要求1所述無定形碳材料的制備方法，其特征在于：所述步驟2)高溫氧化的條件包括：在50℃-500℃處理1-8小時，升溫速度5-10℃/min，優(yōu)選溫度150～300℃。

7.根據(jù)權利要求1所述無定形碳材料的制備方法，其特征在于：所述步驟3)中高溫碳化處理的條件包括：在惰性氣體氛圍及1000℃-1600℃下高溫處理1-8小時，升溫速度5-10℃/min。

8.由權利要求1-7任一項所述制備方法制得的碳材料，其特征在于：所述無定形碳材料的lc×la/(d002*氧碳比)＜210。

9.由權利要求1-7任一項所述制備方法制得的碳材料的應用，將其作為鈉離子電池中的負極材料。

10.一種鈉離子電池，其包含由權利要求8所述碳材料或者權利要求1-7任一項所述制備方法制得的碳材料制作的負極材料。

技術總結
本發(fā)明公開了一種碳材料及其制備方法和應用、鈉離子電池，制備方法包括如下步驟：1)將原煤置于堿液和酸液中反應，得到預處理煤；2)將所述預處理煤在含氧氣氛下進行高溫氧化，得到預氧化煤；以及，3)將所述預氧化煤進行高溫碳化處理，得到無定形碳材料。將本發(fā)明制備的碳材料作為鈉離子電池負極材料時可提升電池的容量和首效。

技術研發(fā)人員：孔俊麗,董春偉,蘇志江,梁文斌,郝朏
受保護的技術使用者：國家能源投資集團有限責任公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9