[發明專利]預嵌鈉硬炭材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201611237788.3
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN107644995B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 范長嶺;張翔;韓紹昌
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587
• 代理公司: 成都坤倫厚樸專利代理事務所(普通合伙) 51247
• 代理人: 劉坤

本發明公開了一種預嵌鈉硬炭材料的制備方法，包括以下步驟：S1、將硬炭活性材料、粘結劑、導電劑混合，加入溶劑攪拌均勻后得漿料，將漿料涂覆于銅箔上，干燥后制得初始硬炭材料；S2、在惰性氣體保護氛圍下，添加電解液于初始硬炭材料上直至電解液浸濕初始硬炭材料的表面，隨后將金屬鈉片Ⅰ完全覆蓋于初始硬炭材料上進行預嵌鈉反應，經過一定的反應時間t，移除金屬鈉片Ⅰ，得預嵌鈉硬炭材料，0min＜t≤120min。本發明具有操作簡便、耗時短、成本低、能提高負極材料首次庫倫效率等優點。

技術領域

本發明涉及鈉離子電池硬炭負極材料領域，特別是涉及一種預嵌鈉硬炭材料及其制備方法。

背景技術

由于鈉離子電池中負極材料存在較高的首次不可逆容量和低的首次庫倫效率，與正極材料組成電池后，不可避免地要損耗掉一部分正極材料中的鈉，導致鈉離子電池的可逆容量和能量密度下降明顯。現有技術中，提高鈉離子負極材料的首次庫倫效率的方法是對負極材料進行包覆等改性，然而其提升效果有限，無法滿足商業化需求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術存在的不足，提供一種操作簡便、耗時短、成本低、能提高負極材料首次庫倫效率的預嵌鈉硬炭材料及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種預嵌鈉硬炭材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將硬炭活性材料、粘結劑、導電劑混合，加入溶劑攪拌均勻后得漿料，將漿料涂覆于銅箔上，干燥后制得初始硬炭材料；

S2、在惰性氣體保護氛圍下，添加電解液于初始硬炭材料上直至電解液浸濕初始硬炭材料的表面，隨后將金屬鈉片完全覆蓋于初始硬炭材料上進行預嵌鈉反應，經過一定的反應時間t，移除金屬鈉片，得預嵌鈉硬炭材料，0min＜t≤120min。

作為對上述技術方案的進一步改進：

所述步驟S1中硬炭活性材料為硬炭/石墨烯復合材料，所述粘結劑為聚偏氟乙烯或羧甲基纖維素，所述導電劑為Super P、乙炔黑、導電碳黑或碳納米管的一種或多種，所述溶劑為N-甲基吡咯烷酮或水。

所述步驟S2中電解液包括溶劑和鈉鹽，其中溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲丙酯、碳酸二丙酯的一種或多種，鈉鹽為NaPF₆、NaClO₄、NaAsF₆、NaBF₄、NaN(CF₃SO₂)₂、NaCF₃SO₃、NaN(FSO₂)₂、NaC(SO₂CF₃)₃中的一種或多種。

所述步驟S2中電解液中鈉鹽的摩爾濃度比為0.5mol/L～1.5mol/L，所述步驟S1中硬炭活性材料、粘結劑、導電劑的質量比為8～9∶0.5～1∶0.5～1。

所述硬炭/石墨烯復合材料由以下步驟制備而成：

S1-1、將Hummers方法制得的氧化石墨烯和硬炭加入到體積分數為20％含乙醇的水溶液中混合得懸浮液Ⅰ；

S1-2、向懸浮液Ⅰ中加入聚乙烯吡咯烷酮在室溫下攪拌得懸浮液Ⅱ；

S1-3、將懸浮液Ⅱ過濾干燥后所得混合物置于惰性氣體保護氛圍下，以10℃/min的速率升溫至800℃～1100℃并保溫1h，得硬炭/石墨烯復合材料；

所述氧化石墨烯、硬炭和聚乙烯吡咯烷酮的質量比為0.2～0.6∶2∶0.1。

作為一個總的發明構思，本發明還提供上述的制備方法制得的預嵌鈉硬炭材料。