[發明專利]一種鈉離子電池用自支撐硬碳負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201910333330.5
• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN110034290A
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 黃劍鋒;何元元;曹麗云;李嘉胤;李倩穎;黨歡;劉倩倩;賀菊菊
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 西安眾和至成知識產權代理事務所(普通合伙) 61249
• 代理人: 張震國

一種鈉離子電池用自支撐硬碳負極材料的制備方法，將葡萄糖溶解于去離子水中得前驅體溶液：將泡沫鎳加入到前驅體溶液中進行水熱反應，反應結束后，自然冷卻至室溫，對產物進行洗滌、干燥；將產物置于惰性氣氛下熱處理，得鈉離子電池用自支撐硬碳負極材料。本發明以泡沫鎳作為支撐體，在其表面原位生長三維多孔碳材料。后續熱處理過程中，金屬鎳的催化石墨化作用，使得與金屬鎳相連部分能夠部分石墨化，提高電子傳導率。大孔泡沫鎳可以有效地擴展電極和電解液間的接觸面積，防止電極在循環后坍塌。此外，在不添加任何粘合劑的情況下確保電極組件中的高電子導電性，確保自支撐硬碳電極優異的整體電化學性能。

技術領域

本發明屬于自支撐電極制備技術領域，具體涉及一種鈉離子電池用自支撐硬碳負極材料的制備方法。

背景技術

基于鋰離子電池技術的成功經驗，用于鈉離子電池的高性能正負極材料的研究開發已取得了突破性進展。目前，大量研究主要集中在鈉離子電池正極材料上，而負極材料的選擇更受限制。碳基負極材料具有原料豐富、成本低廉、合成簡單和工作電位低等特點，非常適合用于構建性能優異的鈉離子電池。已經研究了各種碳材料，包括石墨，膨脹石墨，無定形碳，和石墨烯。在所有的碳負極候選者中，由于高電化學活性和相對低的成本，硬碳引起了很多關注。硬碳含有大量的無序結構，有缺陷和空隙，這有助于高可逆容量。然而，大量無序結構的存在阻礙了電子的傳輸和傳導，導致倍率性能差強人意。因此，改善硬碳材料的導電性成為研究方向之一。

通常，高結晶碳質結構的石墨碳具有高導電性和良好的化學穩定性。將硬碳直接加熱到高溫(2500-3000℃)可以提高其石墨化程度。然而這種方法通常需要大量的能量。一種有效的方法時使用過渡金屬如鐵(Fe)、鈷(Co)和鎳(Ni)作為催化促進劑的固體碳材料原位石墨納米結構稱為催化石墨化。通過這種方法可以在較低溫度(<1000℃)下制備部分石墨化碳材料，顯示出低成本和易加工的優點。但是，在組裝電池之前必須除去催化劑顆粒，這增加了繁瑣的過程。現階段，大多數的研究院所和工廠均經涂布法來制備電極，需綜合考慮涂布的層數、濕涂層的厚度、涂布液的流變特性、要求的涂布精度、涂布支持體材料及涂布速度等，工藝復雜、技術難度及成本較高[趙伯元.鋰離子電池極片涂布技術和設備研究[J].電池,2000,30(2):56-58.]。粘接劑和導電劑的加入會直接降低電池容量，且涂布的質量取決于操作者的涂布技術，難以工業化生產。自支撐電極在實現復合材料協同效應的同時免去了涂布過程，有很大的應用潛力。

作為良好的支撐體和集電器，泡沫鎳具有許多優點。例如，泡沫鎳成本低，顯示出優異的導電性，并且為活性材料的生長提供了巨大的表面積。同時，自支撐電極節省了電極涂步工藝，無需另外引入可能阻礙電子運動的導電劑和粘合劑。因此，通過金屬泡沫鎳的催化石墨化來提高硬碳導電性和優化電極結構是改善硬碳材料儲存容量和降低電池容量損失的有效策略。

發明內容

本發明的目的在于提出一種原料成分穩定，來源廣泛，工藝操作簡單的鈉離子電池用自支撐硬碳負極材料的制備方法。所制備的負極材料無需后續涂膜工藝，降低容量損失，利與工業化生產。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

1)將0.48-2.4g葡萄糖溶解于60ml去離子水中，充分攪拌得前驅體溶液；

2)將泡沫鎳和前驅體加入到反應釜中后密封，然后置于均相反應儀中在160-200℃進行水熱反應；

3)反應結束后，自然冷卻至室溫，并對產物進行洗滌、干燥；

4)將干燥后的產物置于600～900℃惰性氣氛下熱處理后清洗、干燥后得鈉離子電池用自支撐硬碳負極材料。

所述步驟2)的泡沫鎳長40mm、寬30mm、厚1.0mm。