本發(fā)明涉及電池材料，具體涉及一種無(wú)定形碳材料及其制備方法和應(yīng)用、鈉離子電池。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)將迎來(lái)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(zhì)相似，儲(chǔ)量豐富，成本低廉和潛在的高安全性的優(yōu)點(diǎn)，因此鈉離子電池在大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)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(lèi)型的鋰離子電池相當(dāng)，同時(shí)具有資源優(yōu)勢(shì)，在儲(chǔ)能等領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。

2、硬炭材料具有宏觀非石墨結(jié)構(gòu)，層間距大，同時(shí)微觀結(jié)構(gòu)無(wú)序，不易發(fā)生石墨化。硬炭前驅(qū)體來(lái)源豐富，包括樹(shù)脂(環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂等)、高分子聚合物、生物質(zhì)等，硬炭作為鈉離子電池電極材料具有較高的低壓平臺(tái)容量，是鈉離子電池最有應(yīng)用前景的負(fù)極材料之一。

3、相關(guān)技術(shù)中將蔗糖作為硬炭前驅(qū)體直接熱解制備得到硬炭材料用于鈉離子電池負(fù)極，但其產(chǎn)炭率較低，會(huì)造成負(fù)極材料成本高，無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種無(wú)定形碳材料及其制備方法和應(yīng)用、鈉離子電池，制備了具有特殊孔結(jié)構(gòu)的材料，作為鈉離子電池負(fù)極材料時(shí)，在提升儲(chǔ)鈉容量的基礎(chǔ)上，提升了產(chǎn)炭率，可進(jìn)一步降低成本。

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

3、1)將蔗糖與磷酸二氫銨混合后加熱，得到預(yù)處理的蔗糖；

4、2)將所述預(yù)處理的蔗糖與樹(shù)脂混合進(jìn)行包覆；以及，

5、3)將所述包覆后的蔗糖進(jìn)行高溫碳化處理，得到所述無(wú)定形碳材料。

6、進(jìn)一步地，所述步驟1)中，按重量份數(shù)計(jì)，將蔗糖與磷酸二氫銨按照9-2:1混合。

7、進(jìn)一步地，所述蔗糖的粒徑為5-10微米。

8、進(jìn)一步地，所述步驟1)中加熱的參數(shù)包括：在空氣氣氛下100℃-200℃處理1-8小時(shí)。

9、進(jìn)一步地，所述步驟2)中，按重量份數(shù)計(jì)，將所述預(yù)處理的蔗糖與樹(shù)脂按照10-1:1的比例混合。

10、進(jìn)一步地，所述樹(shù)脂選自酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂中的一種或多種。

11、進(jìn)一步地，所述步驟3)中高溫碳化處理的參數(shù)包括：在惰性氣體氛圍下1000℃-1600℃高溫處理1-8小時(shí)。惰性氣體優(yōu)選為氮?dú)狻?/p>

12、本發(fā)明第二方面提供了由上述制備方法制得的無(wú)定形碳材料，所述無(wú)定形碳材料的孔結(jié)構(gòu)v＜3nm/v總：7-20，產(chǎn)炭率＞45％。

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

15、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

16、本發(fā)明首先將蔗糖與磷酸二氫銨混合后加熱，得到預(yù)處理的蔗糖，經(jīng)上述預(yù)處理后可增加蔗糖產(chǎn)炭率，但同時(shí)也會(huì)發(fā)生微孔降低的情況，因此本發(fā)明將所述預(yù)處理的蔗糖與樹(shù)脂混合進(jìn)行包覆，以提升蔗糖中的微孔，增加儲(chǔ)鈉容量，之后將所述包覆后的蔗糖進(jìn)行高溫碳化處理，即得到所述無(wú)定形碳材料。綜上，本發(fā)明通過(guò)引入磷酸二氫銨對(duì)蔗糖加熱預(yù)處理，同時(shí)通過(guò)引入樹(shù)脂對(duì)蔗糖進(jìn)行包覆，可調(diào)控蔗糖的孔徑分布，制備了具有特殊孔結(jié)構(gòu)的蔗糖復(fù)合材料，其中的孔結(jié)構(gòu)v＜3nm/v總：7-20，產(chǎn)炭率可提高至＞45％。將其作為鈉離子電池負(fù)極材料時(shí)，在提升儲(chǔ)鈉容量的基礎(chǔ)上，提升了產(chǎn)炭率，可進(jìn)一步降低成本。

17、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)隨后的具體實(shí)施方式予以詳細(xì)說(shuō)明。

技術(shù)特征：

1.一種無(wú)定形碳材料的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述無(wú)定形碳材料的制備方法，其特征在于：所述步驟1)中，按重量份數(shù)計(jì)，將蔗糖與磷酸二氫銨按照9-2:1混合。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述無(wú)定形碳材料的制備方法，其特征在于：所述蔗糖的粒徑為5-10微米。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述無(wú)定形碳材料的制備方法，其特征在于：所述步驟1)中加熱的參數(shù)包括：在空氣氣氛下100℃-200℃處理1-8小時(shí)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述無(wú)定形碳材料的制備方法，其特征在于：所述步驟2)中，按重量份數(shù)計(jì)，將所述預(yù)處理的蔗糖與樹(shù)脂按照10-1:1的比例混合。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述無(wú)定形碳材料的制備方法，其特征在于：所述樹(shù)脂選自酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂中的一種或多種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述無(wú)定形碳材料的制備方法，其特征在于：所述步驟3)中高溫碳化處理的參數(shù)包括：在惰性氣體氛圍下1000℃-1600℃高溫處理1-8小時(shí)；惰性氣體優(yōu)選為氮?dú)狻?/p>

8.由權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述制備方法制得的無(wú)定形碳材料，其特征在于：所述無(wú)定形碳材料的孔結(jié)構(gòu)v＜3nm/v總：7-20，產(chǎn)炭率＞45％。

9.由權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述制備方法制得的無(wú)定形碳材料的應(yīng)用，將其作為鈉離子電池中的負(fù)極材料。

10.一種鈉離子電池，其包含由權(quán)利要求8所述無(wú)定形碳材料或者權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述制備方法制得的無(wú)定形碳材料制作的負(fù)極材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)定形碳材料及其制備方法和應(yīng)用、鈉離子電池，制備方法包括：1)將蔗糖與磷酸二氫銨混合后加熱，得到預(yù)處理的蔗糖；2)將所述預(yù)處理的蔗糖與樹(shù)脂混合進(jìn)行包覆；以及，3)將所述包覆后的蔗糖進(jìn)行高溫碳化處理，得到所述無(wú)定形碳材料。本發(fā)明制備得到了具有特殊孔結(jié)構(gòu)的材料，作為鈉離子電池負(fù)極材料時(shí)，在提升儲(chǔ)鈉容量的基礎(chǔ)上，提升了產(chǎn)炭率，可進(jìn)一步降低成本。

技術(shù)研發(fā)人員：孔俊麗,董春偉,蘇志江
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國(guó)家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9