[發(fā)明專(zhuān)利]基于炭材料和瀝青的鈉離子電池負(fù)極材料及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710904851.2
• 申請(qǐng)日: 2017-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109148838A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸雅翔;容曉暉;秦東;唐堃;胡勇勝;陳立泉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院物理研究所;北京中科海鈉科技有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/36
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/36;H01M10/054;H01M4/583;H01M4/62
• 代理公司: 北京慧誠(chéng)智道知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11539
• 代理人: 李楠

1.一種基于炭材料和瀝青的鈉離子電池負(fù)極材料，其特征在于，所述鈉離子電池負(fù)極材料為表面包覆瀝青基有序碳結(jié)構(gòu)的形貌呈不規(guī)則塊狀或豎形通道狀的復(fù)合碳材料；以炭材料和瀝青為前驅(qū)體原料，經(jīng)機(jī)械混合后在空氣中熱處理，使瀝青熔化后包覆在炭材料表面，之后在惰性氣氛下使瀝青和炭材料同時(shí)發(fā)生碳化、裂解制備而成；

所述炭材料包括木炭和/或竹炭；所述木炭包括白炭、黑炭、活性炭和機(jī)制炭中的一種或多種混合物，所述竹炭包括毛竹、淡竹、苦竹、雷竹和黃竹的碳化材料中的一種或多種混合物；所述瀝青為煤焦瀝青、石油瀝青和天然瀝青中的一種或多種混合物；

所述鈉離子電池負(fù)極材料具有表面有序、內(nèi)部無(wú)序的結(jié)構(gòu)特征；

其中，由所述木炭與瀝青復(fù)合制備得到的形貌呈不規(guī)則塊狀的復(fù)合碳材料，尺寸在2-10微米之間，d₀₀₂值在0.37-0.40nm之間，Lc值在1-4nm之間，La值在3-5nm之間；由所述木炭與瀝青復(fù)合制備得到的形貌呈豎形通道狀的復(fù)合碳材料，長(zhǎng)度為5-30微米，管道孔徑為2-3微米，d₀₀₂值在0.36-0.38nm之間，Lc值在1-4nm之間，La值在3-5nm之間；由所述竹炭與瀝青復(fù)合制備得到的形貌呈不規(guī)則塊狀的碳材料，尺寸在2-15微米之間，d₀₀₂值在0.35-0.37nm之間，Lc值在1-4nm之間，La值在3-5nm之間。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈉離子電池負(fù)極材料，其特征在于，所述炭材料與所述瀝青的質(zhì)量比為1:(0.05-0.2)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈉離子電池負(fù)極材料，其特征在于，所述木炭由鐵木或硬質(zhì)雜木經(jīng)窯燒法制得，所述竹炭由毛竹經(jīng)窯燒法制得。

4.一種上述權(quán)利要求1-3任一所述的鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括：

將一種或多種炭材料和瀝青原料按照質(zhì)量比為1:(0.05-0.2)進(jìn)行粉粹混合，得到粗粉；

將所述粗粉細(xì)化，得到粒徑在一定尺度范圍內(nèi)的細(xì)粉原料；

將細(xì)粉原料放入馬弗爐中在250-300℃進(jìn)行熱處理2-4小時(shí)，使瀝青熔化后包覆在炭材料表面；

將熱處理后的原料放入高溫碳化爐內(nèi)，以3℃/min-5℃/min的升溫速率升溫至1200℃-1600℃，在惰性氣氛中對(duì)所述原料進(jìn)行高溫加熱，時(shí)間為2-4小時(shí)，使得所述原料發(fā)生碳化、裂解反應(yīng)；

冷卻至室溫，得到結(jié)構(gòu)呈表面有序、內(nèi)部無(wú)序，形貌呈不規(guī)則塊狀或豎形通道狀的復(fù)合碳材料即為所述鈉離子電池負(fù)極材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，在所述將一種或多種炭材料和瀝青原料按照質(zhì)量比為1:(0.05-0.2)進(jìn)行粉粹混合之前，所述方法還包括：

利用窯燒法制備得到所述木炭和竹炭。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述木炭包括鐵木炭或硬質(zhì)雜木炭，所述竹炭包括毛竹炭。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，將炭材料和瀝青在空氣中低溫加熱處理，使瀝青熔化后包覆在炭材料表面，經(jīng)在惰性氣氛中高溫碳化后形成外部有序、內(nèi)部無(wú)序的復(fù)合碳材料。

8.一種鈉離子電池的負(fù)極極片，其特征在于，所述負(fù)極極片包括：

集流體、涂覆于所述集流體之上的粘結(jié)劑和上述權(quán)利要求1-3任一所述的鈉離子電池負(fù)極材料。

9.一種包括上述權(quán)利要求8所述的負(fù)極極片的鈉離子二次電池，其特征在于，所述鈉離子二次電池用于移動(dòng)設(shè)備、交通工具，以及可再生能源發(fā)電、智能電網(wǎng)調(diào)峰、分布電站、后備電源或通信基站的大規(guī)模儲(chǔ)能設(shè)備。