【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種氯化物添加輔助制備瀝青基多孔硬碳材料及其制備方法，屬于堿金屬離子電池負(fù)極材料領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
1、伴隨著能源需求越來(lái)越大，二次電池在大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)和電動(dòng)汽車領(lǐng)域廣泛受到關(guān)注。目前鋰離子電池存在鋰儲(chǔ)量低、成本高等問題難以滿足未來(lái)市場(chǎng)需求。鈉離子電池因其低成本和天然的豐富儲(chǔ)量，已被廣泛認(rèn)為是鋰離子電池在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的有力補(bǔ)充，特別是在大規(guī)模固定儲(chǔ)能領(lǐng)域。更重要的是，鋰離子電池的生產(chǎn)設(shè)備與鋰離子電池的生產(chǎn)設(shè)備完全兼容，這使得現(xiàn)有的鋰離子電池基礎(chǔ)設(shè)施能夠大規(guī)模生產(chǎn)鈉離子電池。
2、而碳質(zhì)負(fù)極由于具有成本低、制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)在鈉離子電池負(fù)極材料中備受青睞。遺憾的是，作為商用鋰離子電池陽(yáng)極的石墨，由于其層間間距小且無(wú)法生成穩(wěn)定的na-c插層化合物，在儲(chǔ)存鈉離子時(shí)會(huì)發(fā)生化學(xué)失活，已被證明不適用于鈉離子電池。因此，開發(fā)具有快速na+儲(chǔ)存能力和長(zhǎng)循環(huán)壽命的高性能全碳負(fù)極材料仍然具有挑戰(zhàn)性。
3、目前鈉離子電池中應(yīng)用較為廣泛的負(fù)極材料主要為硬碳和軟碳兩種無(wú)定形類碳材料。硬碳材料的前驅(qū)體原料一般為生物質(zhì)或人工合成樹脂，所得產(chǎn)品具備儲(chǔ)鈉比容量高、儲(chǔ)鈉電壓低、循環(huán)性能好等諸多性能優(yōu)勢(shì)，但其成本高昂且產(chǎn)碳率較低。而軟碳的前驅(qū)體原料通常成本較低，具有更有序的結(jié)構(gòu)，更少的缺陷和更短的層間距，其比容量往往低于硬碳。硬碳材料的碳層排列規(guī)整度低于軟碳材料，其層間可以形成較多的微孔以方便鈉離子的脫嵌，是當(dāng)前首選的鈉離子電池負(fù)極材料，目前其產(chǎn)業(yè)化的瓶頸主要在于無(wú)法找到廉價(jià)、適合大規(guī)模量產(chǎn)的前驅(qū)體原材料。
4、從原材
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決目前以瀝青為原料制備的硬碳材料流程繁瑣，成本較高且鈉離子存儲(chǔ)性能差的技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供了一種氯化物輔助添加的瀝青基硬碳材料制備方法，應(yīng)用于鈉離子電池負(fù)極材料。本專利技術(shù)通過(guò)在瀝青基硬碳前驅(qū)體的反應(yīng)體系中添加定量氯化物，利用機(jī)械研磨混合均勻后高溫?zé)Y(jié)合成了一種具有更高容量和更優(yōu)異倍率性能的氯化物輔助制備瀝青基多孔硬碳負(fù)極材料。由氯化物輔助制備的瀝青基多孔硬碳負(fù)極材料，不僅成功地抑制了瀝青的石墨化使其形成不定型硬碳結(jié)構(gòu)，同時(shí)還使得材料中形成了大量2nm及以下的微孔和介孔結(jié)構(gòu)，這不僅提高了鈉離子傳輸效率，還大大提升電池的倍率性能和循環(huán)性能。
2、為了達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)采用的主要技術(shù)方案包括：
3、一種氯化物添加輔助制備瀝青基多孔硬碳材料，所述材料是一種通過(guò)氯化物輔助獲得更多孔隙結(jié)構(gòu)的硬碳材料。
4、本專利技術(shù)所述氯化物輔助制備瀝青基碳材料成功抑制了瀝青的石墨化趨勢(shì)，使其形成不定型的硬碳結(jié)構(gòu)。
5、本專利技術(shù)所述多孔硬碳材料具有豐富的多孔結(jié)構(gòu)，其孔徑大小以2nm左右微孔及微米級(jí)的介孔為主。
6、進(jìn)一步地，本專利技術(shù)首次提出通過(guò)添加氯化物輔助制備瀝青基硬碳材料，選用氯化物作為抑制劑和造孔劑對(duì)瀝青基碳材料的高溫石墨化趨勢(shì)進(jìn)行抑制并使硬碳材料呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)。
7、該方法操作簡(jiǎn)單，易于控制，工藝流程短，成本低，易用于瀝青基硬碳的工業(yè)化生產(chǎn)。
8、本專利技術(shù)的另一目的是提供上述氯化物輔助制備鈉離子電池瀝青基多孔硬碳負(fù)極的制備方法。
9、一種氯化物輔助制備鈉離子電池瀝青基多孔硬碳負(fù)極的制備方法，將瀝青基碳前驅(qū)體與氯化物成比例混合并充分研磨；然后將混合物在惰性氣體中高溫焙燒；樣品隨爐冷卻至室溫后，取出樣品，得到氯化物輔助制備瀝青基多孔硬碳負(fù)極材料。
10、優(yōu)選的，所述瀝青基碳前驅(qū)體為純?yōu)r青、預(yù)氧化瀝青、預(yù)碳化瀝青等。
11、本專利技術(shù)在反應(yīng)物中加入了以瀝青作為前驅(qū)體的碳材料制備。
12、優(yōu)選的，瀝青的添加量為1-100g。
13、優(yōu)選的，所述硬碳前驅(qū)體和氯化物的質(zhì)量比范圍為1～15。
14、優(yōu)選的，所述瀝青基碳前驅(qū)體與氯化物的混合方式為手動(dòng)研磨或球磨混合。
15、優(yōu)選的，所述高溫焙燒的惰性氣氛為氬氣或氮?dú)狻?/p>
16、優(yōu)選的，所述高溫?zé)Y(jié)的溫度為400～1400℃，高溫?zé)Y(jié)的保溫時(shí)間為1～48h。
17、優(yōu)選的，所述高溫?zé)Y(jié)加熱速率為1-10℃/min，采用階梯加熱，先快速升溫到一定溫度后，再緩慢升溫到一定溫度并保溫?cái)?shù)小時(shí)。
18、本專利技術(shù)的又一目的是提供上述氯化物輔助添加制備的瀝青基硬碳材料作為鈉離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用。
19、本專利技術(shù)的有益效果是：
20、(1)首次成功的在純?yōu)r青、預(yù)氧化瀝青、預(yù)碳化瀝青等瀝青基碳前驅(qū)體中加入氯化物輔助高溫?zé)Y(jié)制備了瀝青基多孔硬碳材料，以純?yōu)r青為例，所獲得材料呈現(xiàn)除具有孔徑大小以2nm左右微孔及微米級(jí)的介孔的多孔結(jié)構(gòu)，并表現(xiàn)出具有不定型碳的硬碳結(jié)構(gòu)，這使得鈉離子獲得了更好的傳輸效率，實(shí)現(xiàn)了更高的容量和倍率性能的同時(shí)，還保持著不錯(cuò)的穩(wěn)定性。
21、(2)本專利技術(shù)嘗試了通過(guò)氯化物輔助制備鈉離子電池瀝青基多孔硬碳負(fù)極的手段，改善鈉離子電池瀝青基碳材料的電化學(xué)性能，該材料由于其廉價(jià)的制造成本和簡(jiǎn)單的制備工藝，符合綠色、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展理念，在大規(guī)模儲(chǔ)能等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
22、(3)作為鈉離子電池負(fù)極材料，所得到的氯化物輔助制備鈉離子電池瀝青基多孔硬碳負(fù)極材料表現(xiàn)出更高的容量，在100ma/g至5000ma/g的電流密度下表現(xiàn)了優(yōu)秀的倍率性能，優(yōu)于目前已報(bào)道的瀝青基負(fù)極材料，并在2000ma/g電流密度下表現(xiàn)了良好的循環(huán)性能。
23、(4)本方法提供了一種氯化物輔助制備鈉離子電池瀝青基多孔硬碳負(fù)極材料的手段，該方法操作簡(jiǎn)單，易于控制，工藝流程短，成本較低，易用于工業(yè)化生產(chǎn)。
本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種氯化物添加輔助制備瀝青基多孔硬碳材料，其特征在于：所述硬碳材料是一種通過(guò)氯化物輔助獲得更多孔隙結(jié)構(gòu)的硬碳材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔硬碳材料，其特征在于：所述多孔硬碳材料具有更快的鈉離子傳輸速率，具有更高的容量和倍率性能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔硬碳材料，其特征在于：所述多孔硬碳材料具有豐富的多孔結(jié)構(gòu)，以2nm左右微孔及介孔為主。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔硬碳材料，其特征在于：所述多孔硬碳材料呈現(xiàn)出蓬松的多孔形態(tài)，在孔隙邊緣可以觀察到明顯的片狀結(jié)構(gòu)。
5.一種氯化物添加輔助制備瀝青基多孔硬碳材料的制備方法，其特征在于：將瀝青基硬碳前驅(qū)體與氯化物混合并充分研磨；然后將混合物在惰性氣體中高溫焙燒數(shù)小時(shí)后，隨爐冷卻至室溫。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于：所述瀝青基硬碳前驅(qū)體可選用純?yōu)r青、預(yù)氧化瀝青、預(yù)碳化瀝青等。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于：所述硬碳前驅(qū)體和氯化物的質(zhì)量比范圍為1～15。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于：所述高溫碳
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于：所述高溫碳化的升溫速率為1～10℃/min。
10.權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述瀝青基多孔硬碳材料作為鈉離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種氯化物添加輔助制備瀝青基多孔硬碳材料，其特征在于：所述硬碳材料是一種通過(guò)氯化物輔助獲得更多孔隙結(jié)構(gòu)的硬碳材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔硬碳材料，其特征在于：所述多孔硬碳材料具有更快的鈉離子傳輸速率，具有更高的容量和倍率性能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔硬碳材料，其特征在于：所述多孔硬碳材料具有豐富的多孔結(jié)構(gòu)，以2nm左右微孔及介孔為主。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔硬碳材料，其特征在于：所述多孔硬碳材料呈現(xiàn)出蓬松的多孔形態(tài)，在孔隙邊緣可以觀察到明顯的片狀結(jié)構(gòu)。
5.一種氯化物添加輔助制備瀝青基多孔硬碳材料的制備方法，其特征在于：將瀝青基硬碳前驅(qū)體與氯化物混合...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李犁，孫啟皓，李興隆，王淑蘭，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東北大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
還沒有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。