[發(fā)明專利]一種鈉離子電池高容量石墨負極材料制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610124731.6
• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN105762359B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發(fā)明（設計）人: 宋宏芳;戴濤;趙東輝;李芳;周鵬偉
• 申請（專利權）人: 深圳市翔豐華科技股份有限公司;福建翔豐華新能源材料有限公司
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 廈門市新華專利商標代理有限公司 35203
• 代理人: 徐勛夫

本發(fā)明公開一種鈉離子電池高容量石墨負極材料制備方法，包括有如下步驟：(1)將一定量的石墨緩慢加入到濃度為20?80％硫酸中，然后依次加入氧化劑和鈦源，在20～70℃恒溫水浴中攪拌反應0.5～4h，反應完成后，水洗至ph至6.0?7.0，過濾后于80?100℃烘干得到插鈦石墨；(2)將步驟(1)得到的插鈦石墨置于500?1000℃的氣氛爐中進行高溫化處理4?10h，得到鈉離子電池高容量石墨負極材料。本發(fā)明采用鈦源插入石墨層間，將石墨的層間距擴大，則可預留鈉離子嵌入和脫出的縮脹空間，同時擴寬鈉離子的擴散通道，從而有利于提高石墨的比容量和改善其倍率性能。同時插入層間的鈦源生成的鈦氧化物可以大大提高鈉離子的嵌入量，進一步提高其比容量。

技術領域

本發(fā)明涉及負極材料領域技術，特別是提供一種鈉離子電池高容量石墨負極材料制備方法。

背景技術

近年來鋰離子電池的工業(yè)化生產，包括正極材料、負極材料、隔膜、電解液以及電池結構等各個關鍵部分取得了飛速的發(fā)展。但是隨著鋰離子電池工業(yè)的深入發(fā)展，鋰資源匱乏的問題逐漸暴露出來。鋰元素在地殼中僅占0.002％，是一種稀有金屬，這不僅使鋰離子電池的成本居高不下，而且從長久范圍內考慮，限制了鋰離子電池的發(fā)展和應用。

鈉元素與鋰元素均處于元素周期表中第一主族，電化學性質相似，也能夠實現可逆充放電的過程，而且鈉元素在地殼中的儲藏量非常豐富，約占2.74％，世界上大約一半的鹽類中都有鈉元素，因此在發(fā)展和應用上，鈉離子電池比鋰離子電池有著更加廣泛的應用前景。雖然鈉離子電池的能量密度要略低于鋰離子電池，但是鈉離子電池的半電位比鋰離子電池高0.3V左右，因此通過建立分解電勢低的電解質體系，能夠大大提高電池的安全性能，為鈉離子電池在電動車上的應用提供了更多地可能性。目前來說應用于鈉離子電池負極材料的主要有系列碳材料，如乙炔黑、石墨、硬碳、碳微球等，以及鈉合金、鈦酸鈉等鈉離子的金屬鹽材料。但是傳統(tǒng)應用于鋰離子電池的負極材料，如石墨、硬碳等在鈉離子電池中都存在一定的缺陷，主要是因為鈉離子相對于鋰離子半徑相差很多，鈉離子半徑達到了0.102nm，而鋰離子的半徑僅為0.076nm，70％鈉離子半徑不到，因此鈉離子的嵌入和脫嵌相比于鋰離子要困難很多。因此，單純的采用石墨作為鈉離子電池負極是不可行的。中國專利CN 104766961A公布了一種鈉離子電池的低比表面積炭/炭復合負極材料的制備方法。專利中，將天然石墨球磨處理，再加入粘結劑，制備石墨顆粒物，再采用有機包覆的方法進行包覆處理，高溫煅燒，得到比表面積1.5-3m2/g的炭/炭復合負極材料。此方法通過增大產生更多的表面和邊緣缺陷，為鈉離子的嵌入或吸附構筑活性點，增強了儲鈉能力，但是缺陷的引入勢必會影響首次效率和循環(huán)性能的發(fā)揮。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明針對現有技術存在之缺失，本發(fā)明的目的在于提供一種鈉離子電池高容量石墨負極材料制備方法，其能有效提高石墨負極材料的比容量。

為實現上述目的，本發(fā)明采用如下之技術方案：一種鈉離子電池高容量石墨負極材料制備方法，包括有如下步驟：

(1)將一定量的石墨緩慢加入到濃度為20-80％硫酸中，然后依次加入氧化劑和鈦源，在20～70℃恒溫水浴中攪拌反應0.5～4h，反應完成后，水洗至ph至6.0-7.0，過濾后于80-100℃烘干得到插鈦石墨；

(2)將步驟(1)得到的插鈦石墨置于500-1000℃的氣氛爐中進行高溫化處理4-10h，得到鈉離子電池用高容量石墨負極材料。

作為一種優(yōu)選方案，所述步驟(1)中石墨為人造石墨或者天然石墨中的一種或者多種，粒度D50＝10-20um，純度為99.9％。

作為一種優(yōu)選方案，步驟(1)中所述的氧化劑為重鉻酸鉀、過氧化氫、高錳酸鉀、過硫酸銨的一種或多種.

作為一種優(yōu)選方案，步驟(1)中所述的鈦源為鈦酸正丁酯、四氯化鈦、鈦酸四丁酯或異丙醇鈦中的一種或多種。