本發(fā)明屬于電池材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著電動汽車、智能電網(wǎng)時代的到來，鋰離子電池作為最重要的供電裝置得到了飛速發(fā)展，但由于鋰資源短缺亟需發(fā)展下一代綜合性能優(yōu)異的儲能電池體系。鈉和鋰具有相似的物化性質(zhì)，且鈉資源豐富，成本低廉，是非常有發(fā)展?jié)摿Φ碾姵伢w系。

電極材料是電池的主要組成部分，電極材料的性能直接影響電池的性能，例如，比容量，電壓，循環(huán)性能和倍率性能等。當(dāng)前，鈉離子電池所使用的負(fù)極材料是參照鋰離子電池所使用的炭基材料。為提高鈉離子電池負(fù)極性能，需要對炭基材料進(jìn)行修飾，其中n、s摻雜是一種重要的修飾手段。

但是，利用現(xiàn)有技術(shù)制備n、s共摻雜碳時，摻雜水平偏低，所用工藝復(fù)雜且費(fèi)時費(fèi)力，制備的負(fù)極材料比容量偏低，循環(huán)性能差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法，旨在解決現(xiàn)有的鈉離子電池負(fù)極材料比容量低和循環(huán)性差的問題。

本發(fā)明提供一種鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法，所述方法包括：

將植物廢渣碳化為無定型碳；

將所述無定型碳、活化劑、氮源和硫源進(jìn)行混合，并對所述混合物進(jìn)行活化處理，得到無定型多孔碳的鈉離子負(fù)極材料。

本發(fā)明提供的一種鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法，將植物性廢渣制得的無定型碳，與活化劑、氮源和硫源進(jìn)行混合、活化處理得到了摻雜氮硫的無定型多孔碳材料，該材料具有的高比表面積及多孔性，可以極大的提高比容量和循環(huán)性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例。

圖1是本發(fā)明提供的一種鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法的實現(xiàn)流程示意圖；

圖2是本發(fā)明第一實施例制備得到的材料的掃描電鏡測試圖；

圖3是本發(fā)明第二實施例制備得到的材料的掃描電鏡測試圖。

具體實施方式

為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點(diǎn)能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而非全部實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參閱圖1，圖1為本發(fā)明提供的鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法的實現(xiàn)流程示意圖，圖1所示的鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法主要包括以下步驟：

s101、將植物廢渣碳化為無定型碳；

s102、將該無定型碳、活化劑、氮源和硫源混合，得混合物；

s103、對該混合物在700℃-1000℃進(jìn)行活化，得到該鈉離子負(fù)極材料。

本發(fā)明實施例提供的一種鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法，利用本發(fā)明實施例制得的無定型多孔碳材料，比表面積大，為鈉離子的存儲提供了大量的活性位點(diǎn)，有利于電解質(zhì)的浸潤和擴(kuò)散。其多孔性減小了鈉離子的擴(kuò)散距離。另外利用該方法可以極大的提高氮硫的摻雜水平，其中，氮的摻雜可以提高了材料的導(dǎo)電性，硫的摻雜可以增加碳材料的層間距，有利于鈉離子儲存量的提高，促進(jìn)鈉離子嵌入-脫嵌過程，從而提高了鈉離子電池的倍率性能。將制備的無定型多孔碳材料應(yīng)用于鈉離子電池的負(fù)極，首次可逆比容量、首次庫侖效率均處于高水平，在循環(huán)多次后，可逆比容量、庫侖效率仍處于較高的水平。需要說明的是，鈉離子電池的可逆比容量即為電池的比容量。因此，將該材料作為鈉離子電池的負(fù)極材料可以極大的提高比容量和循環(huán)性能。綜上所述，將植物性廢渣制得的無定型碳，與活化劑、氮源和硫源進(jìn)行混合、活化處理得到了摻雜氮硫的無定型多孔碳材料，該材料具有的高比表面積及多孔性可以極大的提高比容量、倍率性能和循環(huán)性。

進(jìn)一步地，無定型碳的制備方法包括：

將該植物廢渣進(jìn)行篩選、粉碎為40-100目的廢渣，并在溫度為60～100℃的條件下干燥12-24小時，得到粉末狀的廢渣；

具體的，所述植物性廢渣包括蘋果渣，甘蔗渣，橙子渣或其它廢渣中的一種或多種。

將該粉末狀廢渣在預(yù)碳化溫度為150～300℃，時間為2-6小時，惰性氣體流量為20-100ml/min下進(jìn)行預(yù)碳化處理，得到氧化性碳；

優(yōu)選的，預(yù)碳化溫度為200～300℃，時間為4-6小時，惰性氣體流量為40-100ml/min。更優(yōu)選的，預(yù)碳化溫度為200～250℃，時間為4-6小時，惰性氣體流量為40-80ml/min。

將該氧化性碳在溫度為600～1000℃，時間為1-4小時，惰性氣體流量為20-100ml/min進(jìn)行碳化處理，得到無定型碳；

優(yōu)選的，碳化溫度為700～1000℃，時間為2-4小時，惰性氣體流量為20-80ml/min。更優(yōu)選的，預(yù)碳化溫度為800～900℃，時間為3-4小時，惰性氣體流量為40-80ml/min。

進(jìn)一步地，對該混合物在700℃-1000℃活化，得到該鈉離子負(fù)極材料，具體包括：

將該無定型碳、該活化劑、該氮源和硫源置于研缽中加少許溶劑混合后，干燥后得到該混合物；

具體的，活化劑為堿性物質(zhì)。優(yōu)選的，活化劑為氫氧化鉀溶液。氮源為包含氮元素的物質(zhì)，可以為三聚氰胺、聚苯胺、硫脲或半胱氨酸中的至少一種。硫源為包含硫元素的混合物，可以為硫磺、十二烷基苯磺酸鈉、半胱氨酸中的至少一種。溶劑可以為水、乙醇或丙酮等其它溶劑。將無定型碳、活化劑、氮源和硫源置于研缽中均勻混合后，對無定型碳、活化劑、氮源和硫源的混合物干燥?；旌衔镏?，無定型碳、活化劑、氮源和硫源的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：40-80％、1-20％、20-40％和20-40％。

將該混合物在溫度為700℃-1000℃，時間為1-5小時，惰性氣體流量為20-100ml/min條件下保溫處理，將得到活化產(chǎn)物；

優(yōu)選的，保溫處理的溫度為800～1000℃，時間為2-4小時，惰性氣體流量為20-800ml/min。更優(yōu)選的，保溫處理的溫度為800～900℃，時間為3-4小時，惰性氣體流量為40-80ml/min。

利用0.1mmol/l稀鹽酸將活化產(chǎn)物的ph值調(diào)節(jié)為6.5-7.5，過濾、清洗及干燥該混合物得到該無定型多孔碳的鈉離子負(fù)極材料。優(yōu)選地，將混合物的ph調(diào)節(jié)為7。

實施例1

將該植物廢渣進(jìn)行篩選、粉碎為50目的廢渣，并在溫度為80℃的條件下干燥20小時，得到粉末狀的廢渣；

將該粉末狀廢渣在預(yù)碳化溫度為200℃，時間為4小時，惰性氣體流量為80ml/min下進(jìn)行預(yù)碳化處理，得到氧化性碳；

將該氧化性碳在溫度為800℃，時間為3小時，惰性氣體流量為80ml/min進(jìn)行碳化處理，得到無定型碳；

將無定型碳、活化劑、氮源和硫源的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：40％、10％、25％和25％置于研缽混合均勻，得到該混合物；

將該混合物在溫度為800℃，時間為4小時，惰性氣體流量為80ml/min條件下保溫處理，得到的活化產(chǎn)物；

用0.1mmol/l稀鹽酸將混合物的ph值調(diào)節(jié)為7，過濾、清洗及干燥該混合物得到該無定型多孔碳的鈉離子負(fù)極材料。

利用實施例1制備的無定型多孔碳材料中氮和硫的摻雜水平分別為1.50wt％和2.45wt％，其具體形態(tài)參照圖2。經(jīng)測定該無定型多孔碳材料的其比表面積達(dá)到2669m²/g，層間距d002達(dá)到0.399nm。將該材料應(yīng)用于鈉離子負(fù)極材料中，在100mag^-1電流密度下，首次可逆比容量達(dá)到530mahg^-1，經(jīng)過50次循環(huán)后可逆比容量增加到650mahg^-1。在1ag^-1電流密度下，經(jīng)過700次循環(huán)可獲得538mahg^-1的可逆比容量。在10ag^-1的電流密度下，可以獲得411mahg^-1的比容量。顯示出非常好的比容量、循環(huán)性能。

實施例2

將該植物廢渣進(jìn)行篩選、粉碎為80目的廢渣，并在溫度為100℃的條件下干燥12小時，得到粉末狀的廢渣；

將該粉末狀廢渣在預(yù)碳化溫度為100℃，時間為3小時，惰性氣體流量為80ml/min下進(jìn)行預(yù)碳化處理，得到氧化性碳；

將該氧化性碳在溫度為600℃，時間為3小時，惰性氣體流量為80ml/min進(jìn)行碳化處理，得到無定型碳；

將無定型碳、活化劑、氮源和硫源的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：60％、10％、15％和15％的置于研缽中均勻混合，并進(jìn)行過濾和干燥處理得到該混合物；

將該混合物在溫度為600℃，時間為3小時，惰性氣體流量為80ml/min條件下保溫處理，得到的活化產(chǎn)物；

用0.1mmol/l稀鹽酸將混合物的ph值調(diào)節(jié)為7，過濾、清洗及干燥該混合物得到該無定型多孔碳的鈉離子負(fù)極材料。

利用實施例2制備的無定型多孔碳材料中氮和硫的摻雜水平分別為0.75wt％和0.49wt％，其具體形態(tài)參照圖3。經(jīng)測定該無定型多孔碳材料的其比表面積達(dá)到1774m²/g，層間距d002達(dá)到0.382nm。將該材料應(yīng)用于鈉離子負(fù)極材料中，在100mag^-1電流密度下，首次可逆比容量達(dá)到374mahg^-1，經(jīng)過50次循環(huán)后可逆比容量增加到397mahg^-1。在1ag^-1電流密度下，經(jīng)過700次循環(huán)可獲得216mahg^-1的可逆比容量。顯示出非常好的比容量、循環(huán)性能。

由上述第一和第二實施例可知，將制備的無定型多孔碳材料應(yīng)用于鈉離子電池的負(fù)極材料具有良好的比容量和循環(huán)特性。

以上實施例為本發(fā)明的較佳實施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。