CN106602066A - 一种钠离子电池负极材料及其制备方法和钠离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钠离子电池负极材料及其制备方法和钠离子电池，其采用生物质壳为原料，经过简单处理将其制备成硬碳，作为钠离子电池的负极材料，节约了钠离子电池的成本，变肥为宝，减少废弃物。该电池负极材料具有优良的接受钠离子的性能，制备出的钠离子电池具有稳定优良的性能，具有良好的工业化生产前景。

Description

一种钠离子电池负极材料及其制备方法和钠离子电池
技术领域
本发明涉及电池领域，特别是涉及一种钠离子电池负极材料及其制备方法和钠离子电池。
背景技术
随着大规模智能电网的快速发展，以及电动汽车的推广应用，锂资源无法满足锂离子电池的巨大需求，开发可替代锂离子电池的储能技术十分有必要。钠在地壳中储量丰富，分布广泛，与锂属于同族元素，是一种可行的替代锂的电池原料。但是钠原子量比锂大，标准电化学电势比锂低，目前的钠离子电池能量密度还难以与锂电子电池相媲美，仍需对钠离子电池体系进行研究。
钠离子电池有正极、负极、电解液和隔膜等组成：正、负极材料通常采用能够嵌入/脱嵌钠离子的活性材料，电解液则由钠离子导电盐与有机溶剂组成。正、负极材料的活性物质进行电化学反应，决定这电极的基本特性，是钠离子电池的核心组分，对电池的性能起着重要作用。目前常用的钠离子电池的正极材料有过渡金属氧化物如钠钴氧化物、钠锰氧化物等；或聚阴离子化合物如磷酸化合物或氟磷酸化合物等。常用的钠离子电池的负极材料则有碳材料、金属氧/硫化物或合金材料等。
中国专利CN201510053970.4公开了一种钠离子电池负极片，该负极片为多孔石墨膜结构，孔的直径为2～30微米，孔的圆心之间距离为5～50微米，多孔石墨膜中碳原子所占质量比大于99％，该负极片可直接用作钠离子电池负极片，避免了导电剂、粘结剂及金属集流体的使用，且容量高、耐腐蚀、导电性好。该发明还公开了一种使用该负极片的钠离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液，所述的钠离子电池电解液中溶剂为二乙醇二甲醚、四乙醇二甲醚、四氢呋喃中的一种或多种，电解质为高氯酸钠、六氟磷酸钠、四氟硼酸钠、三氟甲基磺酸钠中的一种，该钠离子电池制作工艺简单、充放电循环稳定性好，在新能源领域具有良好的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种钠离子电池负极材料及其制备方法和钠离子电池，该材料原料廉价易得，制备成本低，性能优异，具有较高的实用价值，该制备方法操作简单，工艺流程短，十分适合工业化实用。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种钠离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将生物质壳粉末加入到碱性溶液中，置于反应釜中密封，调节反应釜内温度为100-200℃，持续反应8-12h，反应完成后冷却至室温取出，之后用稀盐酸溶液进行中和，再用去离子水洗至中性，将其烘干后，制得前驱体；
(2)将制得的前驱体置于管式炉中进行焙烧，焙烧5-8h后，冷却至室温，利用稀盐酸将其清洗后，再用去离子水洗涤至中性后，烘干，制得硬碳；
(3)将制得的硬碳为活性物质与导电剂以及羧甲基纤维素钠研磨后，分散于无水乙醇中，超声震荡2-4h，之后进行压片并烘干后即得所述负极材料。
优选的，所述生物质壳为山竹壳、核桃壳、棉花壳或种子壳。
优选的，所述生物质壳粉末与碱性溶液中碱的质量比为1：10-18。
优选的，在管式炉中焙烧的温度为830℃到1200℃，升温速度为10℃/min。
优选的，所述负极材料中，各组分的投入量为，以重量份数计：硬碳100份、导电剂12-43份、羧甲基纤维素钠5-10份。
优选的，所述导电剂为碳纳米管、石墨烯、乙炔黑或纳米碳纤维中的一种或多种混合物。
一种钠离子电池负极材料，由以上方法制备而成。
一种钠离子电池，包括正极片，负极片，隔膜，电解液，
负极片由以上方法制备而成的钠离子电池负极材料制成；
正极片由Na0.44MnO2、导电剂和羧甲基纤维素钠制备而成；
电极液为六氟磷酸钠的四氢呋喃溶液；
隔膜为聚丙烯膜、聚乙烯微孔膜或无纺布中的一种。
本发明具有以下有益效果，采用生物质壳为原料，经过简单处理将其制备成硬碳，作为钠离子电池的负极材料，节约了钠离子电池的成本，变肥为宝，减少废弃物。该电池负极材料具有优良的接受钠离子的性能，制备出的钠离子电池具有稳定优良的性能，具有良好的工业化生产前景。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种钠离子电池负极材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将生物质壳粉末加入到碱性溶液中，置于反应釜中密封，调节反应釜内温度为100℃，持续反应8h，反应完成后冷却至室温取出，之后用稀盐酸溶液进行中和，再用去离子水洗至中性，将其烘干后，制得前驱体；
(2)将制得的前驱体置于管式炉中进行焙烧，焙烧5h后，冷却至室温，利用稀盐酸将其清洗后，再用去离子水洗涤至中性后，烘干，制得硬碳；
(3)将制得的硬碳为活性物质与导电剂以及羧甲基纤维素钠研磨后，分散于无水乙醇中，超声震荡2h，之后进行压片并烘干后即得所述负极材料。
生物质壳为山竹壳。生物质壳粉末与碱性溶液中碱的质量比为1：10。在管式炉中焙烧的温度为830℃，升温速度为10℃/min。负极材料中，各组分的投入量为，以重量份数计：硬碳100份、导电剂12份、羧甲基纤维素钠5份。所述导电剂为碳纳米管、石墨烯、乙炔黑、纳米碳纤维的混合物。
实施例2
一种钠离子电池负极材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将生物质壳粉末加入到碱性溶液中，置于反应釜中密封，调节反应釜内温度为200℃，持续反应12h，反应完成后冷却至室温取出，之后用稀盐酸溶液进行中和，再用去离子水洗至中性，将其烘干后，制得前驱体；
(2)将制得的前驱体置于管式炉中进行焙烧，焙烧8h后，冷却至室温，利用稀盐酸将其清洗后，再用去离子水洗涤至中性后，烘干，制得硬碳；
(3)将制得的硬碳为活性物质与导电剂以及羧甲基纤维素钠研磨后，分散于无水乙醇中，超声震荡4h，之后进行压片并烘干后即得所述负极材料。
所述生物质壳为核桃壳。所述生物质壳粉末与碱性溶液中碱的质量比为1：18。在管式炉中焙烧的温度为1200℃，升温速度为10℃/min。所述负极材料中，各组分的投入量为，以重量份数计：硬碳100份、导电剂43份、羧甲基纤维素钠10份。所述导电剂为碳纳米管。
实施例3
一种钠离子电池负极材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将生物质壳粉末加入到碱性溶液中，置于反应釜中密封，调节反应釜内温度为150℃，持续反应10h，反应完成后冷却至室温取出，之后用稀盐酸溶液进行中和，再用去离子水洗至中性，将其烘干后，制得前驱体；
(2)将制得的前驱体置于管式炉中进行焙烧，焙烧7h后，冷却至室温，利用稀盐酸将其清洗后，再用去离子水洗涤至中性后，烘干，制得硬碳；
(3)将制得的硬碳为活性物质与导电剂以及羧甲基纤维素钠研磨后，分散于无水乙醇中，超声震荡3h，之后进行压片并烘干后即得所述负极材料。
所述生物质壳为棉花壳。所述生物质壳粉末与碱性溶液中碱的质量比为1：15。在管式炉中焙烧的温度为1000℃，升温速度为10℃/min。所述负极材料中，各组分的投入量为，以重量份数计：硬碳100份、导电剂30份、羧甲基纤维素钠8份。所述导电剂为乙炔黑、纳米碳纤维的混合物。实施例4
一种钠离子电池，包括正极片，负极片，隔膜，电解液。
负极片由实施例1的方法制备而成的钠离子电池负极材料制成；
正极片由Na0.44MnO2、导电剂和羧甲基纤维素钠制备而成；
电极液为六氟磷酸钠的四氢呋喃溶液；
隔膜为聚丙烯膜。
实施例5
一种钠离子电池，包括正极片，负极片，隔膜，电解液。
负极片由实施例2的方法制备而成的钠离子电池负极材料制成；
正极片由Na0.44MnO2、导电剂和羧甲基纤维素钠制备而成；
电极液为六氟磷酸钠的四氢呋喃溶液；
隔膜为聚乙烯微孔膜。
实施例6
一种钠离子电池，包括正极片，负极片，隔膜，电解液。
负极片由实施例3的方法制备而成的钠离子电池负极材料制成；
正极片由Na0.44MnO2、导电剂和羧甲基纤维素钠制备而成；
电极液为六氟磷酸钠的四氢呋喃溶液；
隔膜为无纺布。

Claims (8)

1.一种钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将生物质壳粉末加入到碱性溶液中，置于反应釜中密封，调节反应釜内温度为100-200℃，持续反应8-12h，反应完成后冷却至室温取出，之后用稀盐酸溶液进行中和，再用去离子水洗至中性，将其烘干后，制得前驱体；
(2)将制得的前驱体置于管式炉中进行焙烧，焙烧5-8h后，冷却至室温，利用稀盐酸将其清洗后，再用去离子水洗涤至中性后，烘干，制得硬碳；
(3)将制得的硬碳为活性物质与导电剂以及羧甲基纤维素钠研磨后，分散于无水乙醇中，超声震荡2-4h，之后进行压片并烘干后即得所述负极材料。
2.根据权利要求1所述的钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述生物质壳为山竹壳、核桃壳、棉花壳或种子壳。
3.根据权利要求1所述的钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述生物质壳粉末与碱性溶液中碱的质量比为1：10-18。
4.根据权利要求1所述的钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：在管式炉中焙烧的温度为830℃到1200℃，升温速度为10℃/min。
5.根据权利要求1所述的钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述负极材料中，各组分的投入量为，以重量份数计：硬碳100份、导电剂12-43份、羧甲基纤维素钠5-10份。
6.根据权利要求1所述的钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述导电剂为碳纳米管、石墨烯、乙炔黑或纳米碳纤维中的一种或多种混合物。
7.一种钠离子电池负极材料，其特征在于：由权利要求1-6任一项所述的方法制备而成。
8.一种钠离子电池，包括正极片，负极片，隔膜，电解液；其特征在于：负极片由权利要求7所述的钠离子电池负极材料制成；正极片由Na0.44MnO2、导电剂和羧甲基纤维素钠制备而成；电极液为六氟磷酸钠的四氢呋喃溶液；
隔膜为聚丙烯膜、聚乙烯微孔膜或无纺布中的一种。
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