[發明專利]一種無定形碳電池負極材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201910340717.3
• 申請日: 2019-04-25
• 公開（公告）號: CN110061237A
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 劉國平;施志聰;林琛瀚;張開宇
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M4/62;H01M10/054;C01B32/05
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張春水;唐京橋

本發明涉及電池材料技術領域，尤其涉及一種無定形碳電池負極材料及其制備方法和應用。本發明公開了一種無定形碳電池負極材料的制備方法，包括以下步驟：將碳源與球磨珠進行球磨，得到無定形碳電池負極材料；球磨的轉速為400～1000r/min。該無定形碳電池負極材料的制備方法簡單，成本較低，且制備得到的無定形碳電池負極材料對鈉離子/鋰離子脫嵌效果好，為鈉離子/鋰離子的存儲提供大量的空間并提供了較高的比容量，且循環性能好。

技術領域

本發明涉及電池材料技術領域，尤其涉及一種無定形碳電池負極材料及其制備方法和應用。

背景技術

化石能源目前是被最為廣泛應用的能源資源。而能源的使用自然需要考慮到蓄能技術。當下，二次電池因其靈活性，高能源轉換效率和簡單的后期維護被視為最有前景的儲能技術，而目前工業生產及生活中最主要使用的是鋰離子電池。但是，隨著對鋰的需求不斷增加，鋰的價格也持續飛漲。此外，鋰并不是一種豐富的資源。根據相關人士的計算，目前地球上存有的鋰資源只能持續使用最多65年，這將極大地限制各類行業的持續性發展。此時，亟待更契合當下環境和資源，能實際廣泛應用于工業生產及生活中的儲能電池體系。而鈉離子電池便是的最好突破口。

鈉，作為地球上第四大豐富的元素，有著廣闊無盡的分布。鈉雖然在放電電壓、儲存條件、重量以及體積上相較于鋰偏于劣勢，但其來源豐富、價格便宜、環境友好等特性還是十分突出。此外，在電池組件和電存儲機制方面，鈉離子電池和鋰離子電池的理念基本相同，所以兩者之間的轉換并不會存在較大問題。

目前，鈉離子電池負極材料的制備步驟較多，且能耗高。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種無定形碳電池負極材料及其制備方法和應用，該無定形碳電池負極材料的制備方法簡單，成本較低，且制備得到的無定形碳電池負極材料對鈉離子/鋰離子脫嵌效果好，為鈉離子的存儲提供大量的空間和比容量，且循環性能好。

其具體技術方案如下：

本發明提供了一種無定形碳電池負極材料的制備方法，包括以下步驟：

將碳源與球磨珠進行球磨，得到無定形碳電池負極材料；

所述球磨的轉速為400～1000r/min，更優選為400～500r/min，進一步優選為450r/min。

硬碳可以促使鈉和鋰離子的可逆脫嵌，延長電池的壽命，且由于具有較大的層間距和不規則性，硬碳可以為鈉離子提供良好的嵌脫機制，另外，碳基體對鋰/鈉離子電池有良好的電化學活性。

本發明中，所述球磨為高能球磨。相較于普通球磨，高能球磨技術能夠提供更高的能量，從而有利于制備的進行，并且能縮短制備時間。所述球磨具體為：每球磨60min，停止球磨30min，保證球磨機的散熱。

現有技術中，無定形碳電池負極材料的制備大多需要化學合成的方法并進行高溫處理，上述方法合成步驟多，能耗高，且需要表面活性劑進行輔助。本發明中，無需高溫處理，僅需將碳源進行高溫球磨物理條件處理即可得到無定形碳。

優選地，所述球磨的時間為5～40h，更優選為15-30h，進一步優選為20h。

優選地，所述碳源與所述球磨珠的質量比為1:15～1:40，更優選為1：25-1：40進一步優選為1:30。本發明中，碳源的加入量為5-50g。

優選地，所述碳源和球磨珠的體積為所述球磨使用的球磨罐體積的1/5～1/3，更優選為1/4。

本發明中，所述碳源與所述球磨珠一起加入球磨罐中，并將球磨罐中的空氣置換成惰性氣體，然后再進行高能球磨；惰性氣體優選為氬氣(Ar)；球磨珠優選為鐵球；球磨罐的材料優選為不銹鋼、碳化鎢或氧化鋯；球磨罐的體積為200-1000mL。