【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及鈉離子電池負(fù)極材料領(lǐng)域，尤其是一種生物質(zhì)材料制備鈉離子電池硬碳負(fù)極材料的方法。
技術(shù)介紹
1、鈉離子電池最早在20世紀(jì)80年代初出現(xiàn)，隨后由于鋰離子電池的性能更為優(yōu)異，鈉離子電池的研究一度停滯。2010年后，隨著動力電池領(lǐng)域的需求越來越大導(dǎo)致鋰離子電池的材料供不應(yīng)求，室溫鈉離子電池的研究重新興起。
2、與鋰離子電池采用的石墨材料負(fù)極不同，由于石墨層間距過小，較大半徑的鈉離子嵌入石墨層間需要更大的能量，無法在有效的電位窗口內(nèi)進(jìn)行可逆脫嵌，因此認(rèn)為傳統(tǒng)的石墨無法作為鈉離子電池的負(fù)極。鈉離子電池負(fù)極材料的研究方向有硬碳，軟碳，鈦基氧化物以及合金等，針對硬碳的研究最多，目前商業(yè)化的鈉離子電池也以硬碳材料作為負(fù)極為主。
3、公開號為cn116666585a的專利申請公開了一種鈉離子電池負(fù)極材料、負(fù)極片及鈉離子電池，其中鈉離子電池包括負(fù)極片；所述負(fù)極片由內(nèi)及外包括集流體層、負(fù)極材料層；其中，負(fù)極材料層是由鈉離子電池負(fù)極材料、粘結(jié)劑組成；鈉離子電池負(fù)極材料包括蟹殼、胱氨酸、4-硝基鄰苯二甲腈；先將蟹殼破碎、研磨，并采用氫氧化鈉進(jìn)行預(yù)處理，隨后加入胱氨酸、碳化，得到多孔的氮、硫摻雜蟹碳材料；再將氮、硫摻雜蟹碳材料與4-硝基鄰苯二甲腈混合，得到鈉離子電池負(fù)極材料。
4、公開號為cn116314587a的專利申請公開了一種鈉離子電池負(fù)極片及鈉離子電池，該申請?zhí)峁┑拟c離子電池負(fù)極片包括：負(fù)極集流體；負(fù)極活性材料層，涂覆在所述負(fù)極集流體至少一表面上；所述負(fù)極活性材料層包括以下重量百分比的組成：硬碳90-
5、公開號為cn113659143a的專利申請公開了鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法及負(fù)極材料，鈉離子電池，該專利申請?zhí)岢隽蒜c離子電池負(fù)極材料的制備方法，包括：(1)水熱反應(yīng)將苯二胺、單寧酸和氧化石墨烯于水中攪拌均勻后，轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)得復(fù)合物；(2)碳化反應(yīng)將復(fù)合物于400～700℃的碳化爐中進(jìn)行碳化。
6、針對上述公開資料以及現(xiàn)有技術(shù)中制備的硬碳負(fù)極材料比容量不高，首次庫倫效率欠佳，此外也存在工藝復(fù)雜等問題，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益欠佳，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的主要目的在于提供一種生物質(zhì)材料制備鈉離子電池硬碳負(fù)極材料的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
2、為實(shí)現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案包括：
3、本專利技術(shù)提供了一種生物質(zhì)材料制備鈉離子電池硬碳負(fù)極材料的方法，包括以下步驟：
4、步驟一：按質(zhì)量份，將5-12份生物質(zhì)材料在30-60份洗滌溶劑中洗滌1-3h，隨后用水洗滌至ph為7，干燥后得到前驅(qū)體材料；
5、步驟二：將步驟一中得到的前驅(qū)體材料在管式爐中升溫至350-500℃進(jìn)行預(yù)碳化1-3h，預(yù)碳化結(jié)束后降溫至室溫，濕法球磨得到預(yù)碳化粉末；
6、步驟三：將步驟二中得到的預(yù)碳化粉末在管式爐中在1000—1400℃下碳化1—5h，碳化完成后降溫至室溫，得到鈉離子電池硬碳負(fù)極材料。
7、作為優(yōu)選，步驟一中，所述生物質(zhì)材料選自椰殼活性炭。
8、在本專利技術(shù)的一些實(shí)施方案中，步驟一中，所述洗滌溶劑為鹽酸溶液和無水乙醇的混合物，所述鹽酸溶液的摩爾濃度為0.5-1.2m，
9、所述鹽酸溶液在洗滌溶劑中占比為30-60wt％。
10、可選地，步驟二中，管式爐中升溫的速率為1-3℃/min；步驟三中，管式爐中升溫的速率為1-3℃/min，降溫的速率為2-4℃/min。
11、其中，步驟二中，濕法球磨的條件參數(shù)：球磨時間為2-5h，球磨轉(zhuǎn)速為180-300rpm；
12、在濕法球磨時，將預(yù)碳化后前驅(qū)體材料與球磨珠、研磨分散劑、有機(jī)溶劑進(jìn)行球磨，所述預(yù)碳化后前驅(qū)體材料、球磨珠、研磨分散劑、有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為1：1.5-2.0：0.01-0.03：0.8-1.2。
13、所述的有機(jī)溶劑可以選擇無水乙醇。
14、優(yōu)選的，所述研磨分散劑的制備方法包括：
15、10，13-環(huán)氧基-10，12-十八碳二烯酸與硝酸鑭發(fā)生配位反應(yīng)，得到10，13-環(huán)氧基-10，12-十八碳二烯酸鑭；
16、在堿性條件下，得到的10，13-環(huán)氧基-10，12-十八碳二烯酸鑭的環(huán)氧基分別與雙十八烷基胺中的氨基和乙醇胺巰基乙酸鹽中的巰基發(fā)生開環(huán)反應(yīng)，得到所述的研磨分散劑。
17、更為優(yōu)選的，所述研磨分散劑的制備方法具體為：
18、a1：按質(zhì)量份，將10-15份10，13-環(huán)氧基-10，12-十八碳二烯酸與4-9份硝酸鑭混合后加入反應(yīng)器，并向反應(yīng)器中加入200-240份的水，在50℃-70℃下攪拌反應(yīng)1-3h，得到10，13-環(huán)氧基-10，12-十八碳二烯酸鑭；
19、a2：將2-5份10，13-環(huán)氧基-10，12-十八碳二烯酸鑭，0.2-2.5份雙十八烷基胺，200-300份的乙醇，5—9份氫氧化鉀，60-75℃攪拌反應(yīng)50-100min，再加入40-50份的乙醇胺巰基乙酸鹽，60-70℃攪拌反應(yīng)50-100min，蒸餾除去乙醇，得到所述研磨分散劑。
20、雙十八烷基胺中的氨基與10，13-環(huán)氧基-10，12-十八碳二烯酸鑭中的環(huán)氧基發(fā)生開環(huán)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的氮-氧鍵，從而將雙十八烷基胺連接到硬碳負(fù)極材料表面。乙醇胺巰基乙酸鹽中的巰基與10，13-環(huán)氧基-10，12-十八碳二烯酸鑭中的環(huán)氧基發(fā)生類似的開環(huán)反應(yīng)，形成硫-氧鍵，將乙醇胺巰基乙酸鹽連接到硬碳負(fù)極材料表面。這些化學(xué)反應(yīng)不僅增強(qiáng)了分散劑與硬碳負(fù)極材料之間的相互作用，還有助于提高分散劑在研磨過程中的穩(wěn)定性和效果。防止顆粒團(tuán)聚，從而確保研磨過程更加均勻和高效。
21、在熱解過程中，產(chǎn)生的-co-會產(chǎn)生更窄和更長的石墨微晶結(jié)構(gòu)，從而形成更大的閉孔。
22、在本專利技術(shù)的一些實(shí)施方案中，步驟二和步驟三全過程持續(xù)通入高純氮?dú)?，氣體流速為10-50cc/min。
23、本專利技術(shù)還提供了一種鈉離子電池負(fù)極片，包括負(fù)極材料，所述負(fù)極材料為上述的方法制備得到的鈉離子電池硬碳負(fù)極材料。
24、本專利技術(shù)還提供了一種鈉離子電池，所述鈉離子電池的對電極為金屬鈉，隔膜為玻璃纖維膜，負(fù)極片為上述鈉離子電池負(fù)極片。
25、本專利技術(shù)的有益效果：
26、本專利技術(shù)通過將雙十八烷基胺和乙醇胺巰基乙酸鹽連接到硬碳負(fù)極材料表面，在熱解過程中，產(chǎn)生的-co-會形成更大的閉孔。本專利技術(shù)制備的硬碳樣品表現(xiàn)出更大的平臺容量(首次放電比容量達(dá)到382mah/g，首次充電比容量達(dá)到359.46mah/g)，提高了的儲鈉性能，從而提升鈉離子電池的比容量，實(shí)現(xiàn)高庫倫效率。
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1.一種生物質(zhì)材料制備鈉離子電池硬碳負(fù)極材料的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物質(zhì)材料制備鈉離子電池硬碳負(fù)極材料的方法，其特征在于，步驟一中，所述生物質(zhì)材料選自椰殼活性炭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物質(zhì)材料制備鈉離子電池硬碳負(fù)極材料的方法，其特征在于，步驟一中，所述洗滌溶劑為鹽酸溶液和無水乙醇的混合物，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物質(zhì)材料制備鈉離子電池硬碳負(fù)極材料的方法，其特征在于，步驟二和步驟三中，管式爐中升溫的速率為1-3℃/min，降溫的速率為2-4℃/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物質(zhì)材料制備鈉離子電池硬碳負(fù)極材料的方法，其特征在于，步驟二中，濕法球磨的條件參數(shù)：球磨時間為2-5h，球磨轉(zhuǎn)速為180-300rpm；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述生物質(zhì)材料制備鈉離子電池硬碳負(fù)極材料的方法，其特征在于，所述研磨分散劑的制備方法包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述生物質(zhì)材料制備鈉離子電池硬碳負(fù)極材料的方法，其特征在于，所述研磨分散劑的制備方法具體為：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物質(zhì)
9.一種鈉離子電池負(fù)極片，其特征在于，包括負(fù)極材料，所述負(fù)極材料為權(quán)利要求1～8任一所述的方法制備得到的鈉離子電池硬碳負(fù)極材料。
10.一種鈉離子電池，其特征在于，所述鈉離子電池的對電極為金屬鈉，隔膜為玻璃纖維膜，負(fù)極片為權(quán)利要求9所述鈉離子電池負(fù)極片。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種生物質(zhì)材料制備鈉離子電池硬碳負(fù)極材料的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物質(zhì)材料制備鈉離子電池硬碳負(fù)極材料的方法，其特征在于，步驟一中，所述生物質(zhì)材料選自椰殼活性炭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物質(zhì)材料制備鈉離子電池硬碳負(fù)極材料的方法，其特征在于，步驟一中，所述洗滌溶劑為鹽酸溶液和無水乙醇的混合物，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物質(zhì)材料制備鈉離子電池硬碳負(fù)極材料的方法，其特征在于，步驟二和步驟三中，管式爐中升溫的速率為1-3℃/min，降溫的速率為2-4℃/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物質(zhì)材料制備鈉離子電池硬碳負(fù)極材料的方法，其特征在于，步驟二中，濕法球磨的條件參數(shù)：球磨時間為2-5h，球磨轉(zhuǎn)速為180-30...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：何廣，王金明，鄔財浩，高榮華，錢馨，王玖麗，王樹強(qiáng)，陶云興，
申請(專利權(quán))人：安徽鑫鈉新材料科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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