[發(fā)明專利]一種硬碳材料及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211548671.2
• 申請日: 2022-12-05
• 公開（公告）號: CN115959647A
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚清彬;何蓓蓓;李禮;趙高超;蘇道東;路篤元
• 申請（專利權(quán)）人: 泰安市法拉第能源科技有限公司
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;H01M4/587;H01M10/054
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 王煥

本發(fā)明涉及鈉離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種硬碳材料及其制備方法和應(yīng)用。所述的硬碳材料的制備方法包括如下步驟：瀝青于5～50bar的壓力和250～400℃的溫度下進(jìn)行預(yù)氧化處理，得到預(yù)氧化瀝青材料；所述預(yù)氧化瀝青材料經(jīng)高溫碳化后，得到所述硬碳材料。該制備方法可以提高硬碳材料的首效和充放電容量，且采用瀝青作為硬碳前驅(qū)體，其來源豐富，成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鈉離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種硬碳材料及其制備方法和應(yīng)用；更具體地，涉及一種硬碳材料的制備方法、硬碳材料、負(fù)極材料和鈉離子電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池作為當(dāng)今社會一種廣泛使用的電化學(xué)儲能器件，隨著新能源汽車、便攜性電子設(shè)備以及大規(guī)模儲能技術(shù)的發(fā)展，需求量與日俱增，同時也帶動了鋰需求量的增加。

鈉離子電池技術(shù)由于具有更低的成本和更高的安全性等優(yōu)勢，在新能源汽車和儲能電網(wǎng)等多個領(lǐng)域有望代替鋰離子電池，是一種頗具前景的電池技術(shù)。同時，鈉離子電池具有成本低、安全性能高、工作溫區(qū)寬等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于低速電動車、可再生能源接入和5G通信基站等領(lǐng)域。

然而，鈉離子電池也存在一些技術(shù)瓶頸。由于具有較大的原子半徑和較大的相對原子質(zhì)量，鈉離子在電池充放電過程中擴(kuò)散運(yùn)動緩慢，且現(xiàn)有電極材料體積變化劇烈，儲鈉性能不佳，很難獲得良好的電化學(xué)性能。

因此，研發(fā)儲鈉效率更高且廉價穩(wěn)定的負(fù)極材料，是邁向鈉離子電池規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵一步。

有鑒于此，特提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一目的在于提供一種硬碳材料的制備方法，通過將瀝青在特定溫度和特定壓力下進(jìn)行預(yù)氧化處理，使制得的硬碳材料具有高首效和高充放電容量。

本發(fā)明的第二目的在于提供一種硬碳材料。該硬碳材料具有成本低、首效高和充放電容量高等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的第三目的在于提供一種負(fù)極材料。

本發(fā)明的第四目的在于提供一種鈉離子電池。該鈉離子電池的儲鈉效率高，其具有高首效和高充放電容量，且制備成本低。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種硬碳材料的制備方法，包括如下步驟：

瀝青于5～50bar的壓力和250～400℃的溫度下進(jìn)行預(yù)氧化處理，得到預(yù)氧化瀝青材料；

所述預(yù)氧化瀝青材料經(jīng)高溫碳化后，得到所述硬碳材料。

優(yōu)選地，所述預(yù)氧化處理的保溫時間為1～6h。

優(yōu)選地，所述預(yù)氧化處理的升溫速率為0.5～5℃/min。

優(yōu)選地，所述瀝青的軟化點(diǎn)≥240℃；

優(yōu)選地，所述瀝青包括天然瀝青、石油瀝青、頁巖瀝青和煤瀝青中的至少一種。

優(yōu)選地，所述高溫碳化的溫度為1300～1600℃，所述高溫碳化的保溫時間為2～6h；

優(yōu)選地，所述高溫碳化的升溫速率為0.5～20℃/min。

優(yōu)選地，所述高溫碳化在非氧化性氣氛中進(jìn)行；

優(yōu)選地，所述非氧化性氣氛所用的氣體包括氬氣、氮?dú)狻錃?、氨氣和氦氣中的至少一種。

本發(fā)明還提供了一種硬碳材料，采用如上所述的硬碳材料的制備方法制得。

優(yōu)選地，所述硬碳材料在30mA/g電流密度下的首次放電比容量≥300mAh/g，首效≥90％；

優(yōu)選地，所述硬碳材料在30mA/g電流密度下的首次放電比容量≥310mAh/g，首效≥91％。