[發明專利]一種鈉離子電池C/C70

有效

• 申請號: 201710854481.6
• 申請日: 2017-09-20
• 公開（公告）號: CN107681137B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 何文;王春蓮;張旭東
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/58;H01M10/054
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 張宏松

本發明涉及一種鈉離子電池C/C₇₀/CaS復合負極材料及其制備方法，該復合負極材料為無定型C、C₇₀與立方CaS量子點組成的粉體；復合負極材料中C含量為50?60wt％、C₇₀含量為10?20wt％、CaS含量為20?30wt％，是以木質素磺酸鹽為原料，經水熱處理后，進一步加熱處理制得，制備工藝簡單、耗時短，得到具有良好電化學性能的C/C₇₀/CaS復合負極材料。

技術領域

本發明涉及一種鈉離子電池C/C₇₀/CaS復合負極材料及其制備方法，屬于鈉離子電池負極材料技術領域。

背景技術

鈉是地球上儲量較豐富的元素之一，與鋰的化學性能類似，鈉離子電池與鋰離子電池的組成、原理相似，不同的是鈉離子相對于鋰離子有更高的半電池電位，鈉離子比鋰離子半徑更大，因此選擇鈉離子電池負極材料時需要考慮的問題：一是嵌入材料的電位接近金屬鈉的電位；二是鈉離子半徑比鋰離子半徑大，鈉離子脫出嵌入的過程中，材料的結構變化盡量小；三是材料與電解液的兼容性良好。鈉離子電池負極材料主要有碳基材料、合金化負極材料、金屬氧化物與硫化物等幾類，其中碳基材料中以無定型的硬炭為主。硬碳層間距大于石墨，其石墨化程度不完全，結構無序性高，存在大量的微孔、雜化碳原子、以及含氧、氮、氫等的碳鏈，有利于鈉離子的脫嵌。

目前制備硬碳主要有小分子催化裂解碳、聚合物裂解碳、低溫處理碳前驅體等方法。小分子催化裂解碳法是在鐵、鎳、鈷等催化劑條件下，在1000℃以上對石油烴類進行高溫裂解生成乙烯、丙烯等低碳烴類，同時生成裂解碳；該方法需催化劑，裂解溫度高，工藝復雜。聚合物裂解碳法是將聚合物經過預炭化、炭化、脫氫等過程形成無定型硬碳，預炭化過程和脫氫過程緩慢且需長時間的高溫保溫過程，耗時較長。低溫處理碳前驅體法是以蔗糖、稻殼等含碳原料經過前期處理和長時間碳化也可以得到無定型硬碳，例如，中國專利文獻CN105836728A利用磺化瀝青溶液與石墨粉混合經過噴霧造粒處理后，在惰性氣體下400℃預碳化1h后經860℃熱處理10h制備得到無定型硬碳，用于鋰離子電池，首次放電比容量低，僅為503mAh/g；中國專利文獻CN10563380A利用淀粉與復合生物酶霉化水解得到多孔淀粉，250℃預碳化12h后，在惰性氣體下經1100℃處理2h得到多孔硬碳，其首次放電比容量也較低，僅為454mAh/g，由上述可見，現有無定型硬碳制備方法普遍存在制備工藝復雜、溫度高、周期長、成本高等特點，且電化學性能較低。

木質素磺酸鹽是天然高分子化合物，由生產紙漿的下腳料亞硫酸紙漿廢液制成，主要有木質素磺酸鈣、木質素磺酸鈉、木質素磺酸鎂等，以C為主，并含有少量S、Ca、Na、Mg等成分。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種鈉離子電池C/C₇₀/CaS復合負極材料及其制備方法。

針對目前無定型硬炭鈉離子電池負極材料存在的一系列問題，本發明要解決的技術問題：(1)無定型硬碳制備工藝復雜，耗時長，(2)無定型硬碳制備溫度高，能耗高；(3) 得到的負極材料其電化學性能較低。

發明概述：

本發明以木質素磺酸鹽為原料，經過簡易低溫短時的熱處理得到具有良好電化學性能的低成本無定型硬碳復合材料，可用作鈉離子電池負極材料。

本發明解決上述技術問題是通過以下技術方案實現的：

一種鈉離子電池C/C₇₀/CaS復合負極材料，所述的復合負極材料為C、C₇₀與立方CaS量子點組成的粉體；復合負極材料中C含量為50-60wt％，C₇₀含量為10-20wt％，CaS含量為20-30wt％。

根據本發明優選的，復合負極材料中C含量為59.2wt％，C₇₀含量為18.4wt％，CaS含量為22.4wt％。