本發(fā)明涉及電池材料領(lǐng)域，尤其涉及一種硬碳材料及其制備方法、鈉離子電池。

背景技術(shù)：

1、隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，對鋰電池的需求也隨之增加，但是全球鋰資源儲量有限且分布不均勻。因此，開發(fā)性能高、價格低廉的新型替代儲能器件備受關(guān)注。由于鈉元素與鋰元素具有相似的物理和化學(xué)性質(zhì)；鈉離子電池與鋰離子電池工作原理類似，且資源儲量豐富，所以被認(rèn)為是鋰離子電池潛在的替代品。

2、傳統(tǒng)的鋰離子電池采用石墨材料作為負(fù)極側(cè)，而石墨材料并不適用于鈉離子電池體系，因此，制約鈉離子電池快速發(fā)展的一個重要障礙是缺少合適的負(fù)極材料。

3、硬碳材料具有發(fā)達(dá)的微納結(jié)構(gòu)孔隙、較大的層間距和豐富的缺陷，其序結(jié)構(gòu)有助于鈉離子的嵌入和脫出，適合儲鈉。木質(zhì)素具有廣泛的來源和豐富的產(chǎn)量，較高的碳含量(60％左右)及大量的苯環(huán)，是一種合適的碳前驅(qū)體，但是目前由木質(zhì)素制備而成的硬碳材料顆粒比表面積較大，導(dǎo)致其在鈉離子電池中的首次庫倫效率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種硬碳材料的制備方法，該制備方法能夠降低木質(zhì)素硬碳的比表面，從而提高鈉離子電池中的首次庫倫效率。

2、本發(fā)明還提供一種由上述制備方法制得的硬碳材料，該硬碳材料用于鈉電負(fù)極，有利于提高鈉離子電池中的首次庫倫效率。

3、本發(fā)明還提供一種鈉離子電池，由于該鈉離子電池的電極片包括上述硬碳材料，因此，該電池具有較好的穩(wěn)定性和導(dǎo)電性。

4、第一方面，本發(fā)明提供一種硬碳材料的制備方法，包括以下步驟：

5、s1：將木質(zhì)素在1200℃-1500℃下，進(jìn)行第一熱處理，得到第一硬碳前驅(qū)體；

6、s2：所述第一硬碳前驅(qū)體和磷源、硫源混合，得到的混合體系在600-800℃下，進(jìn)行第二熱處理，得到第二硬碳前驅(qū)體；

7、s3：所述第二硬碳前驅(qū)體和石油焦瀝青混合，得到的混合體系在惰性氣體的保護(hù)下，在320℃-400℃下，進(jìn)行第三熱處理，隨后在包含氧氣的氣氛下，進(jìn)行氧化處理，得到第三硬碳前驅(qū)體；

8、s4：所述第三硬碳前驅(qū)體在惰性氣體的保護(hù)下，在1300℃-1500℃下，進(jìn)行第四熱處理，得到所述硬碳材料。

9、進(jìn)一步地，步驟s2中，所述第一硬碳前驅(qū)體和磷源、硫源混合，包括以下過程：

10、將第一硬碳前驅(qū)體、磷源和硫源進(jìn)行研磨或攪拌得到所述混合體系；

11、或，將第一硬碳前驅(qū)體分散在溶劑中，隨后加入磷源和硫源，進(jìn)行浸漬處理，固液分離得到的固體產(chǎn)物進(jìn)行干燥后，得到所述混合體系。

12、進(jìn)一步地，所述磷源為磷酸、磷酸氫二鈉或三聚磷酸鈉；所述硫源為硫脲、硫酸鈉或硫化鈉；

13、和/或，第一硬碳前驅(qū)體的碳元素和磷源的磷元素、硫源的硫元素的摩爾比為100:3:1。

14、進(jìn)一步地，所述木質(zhì)素的dv50為3μm-15μm；所述石油焦瀝青的dv50為2μm-7μm。

15、進(jìn)一步地，所述石油焦瀝青占所述第二硬碳前驅(qū)體質(zhì)量的1%-10%。

16、進(jìn)一步地，所述氧化處理包括以下過程：

17、在a℃下，一次氧化處理1min-1h；

18、在b℃下，二次氧化處理1h-3h；

19、在c℃下，三次氧化處理3h-5h；

20、其中，a<b<c；且150≤a≤200，200≤b≤300，300≤c≤400。

21、進(jìn)一步地，所述一次氧化處理的氣氛中，氧氣濃度為m，二次氧化處理的氣氛中，氧氣濃度為n，三次氧化處理的氣氛中，氧氣濃度為f，m<n<f。

22、進(jìn)一步地，5%≤m≤10%，10%≤n≤20%，20%≤f≤30%。

23、第二方面，本發(fā)明提供一種硬碳材料，其上述制備方法制得。

24、第三方面，本發(fā)明提供一種電池，包括電極片，所述電極片包括第二方面所述的硬碳材料。

25、本發(fā)明的制備方法能夠降低硬碳材料的比表面，提高對鈉離子的導(dǎo)入輸出能力，從而提高鈉離子電池中的首次庫倫效率。

技術(shù)特征：

1.一種硬碳材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述第一硬碳前驅(qū)體和磷源、硫源混合，包括以下過程：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述磷源為磷酸、磷酸氫二鈉或三聚磷酸鈉；所述硫源為硫脲、硫酸鈉或硫化鈉；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述木質(zhì)素的dv50為3μm-15μm；所述石油焦瀝青的dv50為2μm-7μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述石油焦瀝青占所述第二硬碳前驅(qū)體質(zhì)量的1%-10%。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述氧化處理包括以下過程：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述一次氧化處理的氣氛中，氧氣濃度為m，二次氧化處理的氣氛中，氧氣濃度為n，三次氧化處理的氣氛中，氧氣濃度為f，m<n<f。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，5%≤m≤10%，10%≤n≤20%，20%≤f≤30%。

9.一種硬碳材料，其特征在于，由權(quán)利要求1-8任一所述的制備方法制得。

10.一種鈉離子電池，包括電極片，其特征在于，所述電極片包括權(quán)利要求9所述的硬碳材料。

技術(shù)總結(jié)
本本發(fā)明提供一種硬碳材料及其制備方法、鈉離子電池，上述制備方法，包括以下步驟：S1：將木質(zhì)素在1200℃?1500℃下，進(jìn)行第一熱處理，得到第一硬碳前驅(qū)體；S2：第一硬碳前驅(qū)體和磷源、硫源混合，體系在600?800℃下，進(jìn)行第二熱處理，得到第二硬碳前驅(qū)體；S3：第二硬碳前驅(qū)體和石油焦瀝青混合，體系在惰性氣體的保護(hù)下，在320℃?400℃下，進(jìn)行第三熱處理，隨后在包含氧氣的氣氛下，進(jìn)行氧化處理，得到第三硬碳前驅(qū)體；S4：第三硬碳前驅(qū)體在惰性氣體的保護(hù)下，在1300℃?1500℃下，進(jìn)行第四熱處理，得到硬碳材料。本發(fā)明提供的制備方法能夠降低木質(zhì)素硬碳的比表面，從而提高鈉離子電池的首次庫倫效率。

技術(shù)研發(fā)人員：李源林,龔本利,吳旭翔
受保護(hù)的技術(shù)使用者：琥崧科技集團(tuán)股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26