[發明專利]一種利用蜂巢制備鈉離子電池負極材料的方法

有效

• 申請號: 201810099713.6
• 申請日: 2018-02-01
• 公開（公告）號: CN108383099B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 徐自強;陳金琛;吳孟強;王躍生;陳誠;劉嘉昊;廖家軒;鞏峰
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;C01B32/05;H01M10/054
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

一種利用蜂巢制備鈉離子電池負極材料的方法，屬于儲能材料及電化學技術領域。包括以下步驟：1)將蜂巢碾碎為厘米級別，然后在0.5～5mol/L的強酸溶液中清洗，干燥；2)上步干燥后的樣品放入管式爐內，在惰性氣體氣氛下升溫至300～600℃，保溫1～5h，隨爐冷卻至室溫，取出；3)上步處理后的樣品放入管式爐內，在惰性氣體氣氛下升溫至800～1600℃，保溫1～5h，隨爐冷卻至室溫，取出；4)上步取出的樣品在0.5～5mol/L的強酸溶液中清洗，干燥。本發明提出的制備鈉離子電池負極材料的方法中，利用蜂巢的特殊結構，制備了具有較大層間距的多孔硬碳，能有效提高鈉離子的脫嵌能力，提高鈉離子電池的容量。

技術領域

本發明屬于儲能材料及電化學技術領域，具體涉及一種利用蜂巢制備鈉離子電池負極材料的方法。

背景技術

鋰離子電池因其具有較高的工作電壓、較高的容量、自放電小、功率性能好和循環壽命長等特點，已被廣泛應用于各種電子產品中。然而，鋰資源儲量有限且分布不均，限制了其廣泛應用與發展，因此有必要開發其他廉價易得的儲能電池作為替代。鈉元素和鋰元素具有相似的物理化學性質，且鈉資源遠比鋰資源豐富、原料成本低，同時，鈉元素與鋁元素不會形成合金，鈉離子電池的正負極集流體均可使用成本低廉的鋁箔，這些優勢使得鈉離子電池成為了非常有發展潛力的儲能體系。

對于嵌鈉的正極材料，迄今已有可行性的研究報道，如含鈉的過渡金屬氧化物和過渡金屬氟磷酸鈉鹽。但對于嵌鈉的負極材料的研究相對較少，主要是具有良好嵌鋰行為的石墨材料層間距較小(0.335nm)，較大的鈉離子無法有效的嵌入和脫嵌，因此要實現可逆鈉離子的嵌入和脫嵌，制備有較大層間距碳材料是關鍵。

無定形硬碳按照石墨化難易程度，一般分為易石墨化的軟碳和難以石墨化的硬碳，而硬碳材料由于具有比容量高、儲鈉電壓高等優點，成為了最具應用前景的鈉離子電池負極材料。然而，目前生產硬碳的碳源主要是有機物，如酚醛樹脂、甲醛等，成本較高，且得到的硬碳存在循環性能差、首圈容量較低等問題，限制了其作為鈉離子電池負極材料的廣泛應用。

發明內容

本發明針對背景技術存在的缺陷，提出了一種利用蜂巢制備鈉離子電池負極材料的方法。本發明提出的制備鈉離子電池負極材料的方法中，利用蜂巢的特殊結構，制備了具有較大層間距的多孔硬碳，能有效提高鈉離子的脫嵌能力，提高鈉離子電池的容量。

本發明的技術方案如下：

一種利用蜂巢制備鈉離子電池負極材料的方法，包括以下步驟：

步驟1、將蜂巢碾碎為厘米級別，然后在0.5～5mol/L的強酸溶液中清洗0.5～20h，過濾分離，得到的產物在烘箱中70～150℃干燥3～12h，以去除水分；

步驟2、將步驟1干燥后的樣品放入管式爐內，在惰性氣體氣氛下由室溫升溫至300～600℃，保溫1～5h，完成后，隨爐自然冷卻至室溫，取出；

步驟3、將步驟2處理后的樣品放入管式爐內，在惰性氣體氣氛下由室溫升溫至800～1600℃，保溫1～5h，發生熱解反應，反應完成后，隨爐冷卻至室溫，取出；

步驟4、將步驟3取出的樣品在0.5～5mol/L的強酸溶液中清洗0.5～6h，過濾，得到的產物在烘箱中70～150℃干燥3～12h，即可得到所述鈉離子電池負極材料。

進一步地，步驟1所述蜂巢為馬蜂窩或者其他蜜蜂的蜂巢；所述強酸溶液為鹽酸或硫酸溶液。

進一步地，步驟2所述惰性氣體為氬氣或氮氣，所述升溫的速率為2～10℃/min。

進一步地，步驟3所述惰性氣體為氬氣或氮氣，所述升溫的速率為2～10℃/min。

進一步地，步驟4所述強酸溶液為鹽酸或硫酸溶液。

本發明還提供了一種鈉離子電池，包括正極材料、上述方法制備得到的負極材料、隔膜和電解液。