本申请涉及二次电池领域,尤其涉及一种钠离子电池负极材料及其制备方法、钠离子电池和用电设备。
背景技术:
1、随着社会经济的快速发展,化石能源持续消耗所带来的环境问题与能源危机日益突出,迫切需要开发出具有能量密度大、安全高效的新型储能器件。锂离子电池因其具有优异的电化学性质而迅速商业化,但是锂资源有限且在世界范围内分布不均,限制了锂离子电池的发展,开发新型非锂电化学储能技术迫在眉睫。由于钠与锂处于同一主族,钠离子电池具有与锂离子电池相似的电化学性能,且钠资源丰富、成本低廉,因此在大规模储能领域具有更大的应用潜力。电极材料是电池的核心组成部分,对整个电池的性能起着至关重要的作用。
2、目前市场上钠离子电池负极材料的碳源主要有树脂类材料、沥青基材料、煤基材料和生物质基材料等,其中,煤基材料具有来源广泛、成本低的优点,但是其存在长程有序、短程无序的特点,使得煤基材料的比容量偏低。现有的钠离子电池负极材料无法同时具有较高的比容量、较高的首次效率和较低的成本,因此,有必要对钠离子电池负极材料进行改进。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种钠离子电池负极材料及其制备方法、钠离子电池和用电设备,以解决上述问题。
2、为实现以上目的,本申请采用以下技术方案:
3、一种钠离子电池负极材料的制备方法,包括:将煤基材料与生物质基材料、熔融盐混合,得到负极材料前驱体,其中,所述熔融盐包括碱金属卤化物、碱土金属卤化物中的任意一种;将所述负极材料前驱体与含硫活化剂混合,进行热活化处理,得到负极材料中间体;将所述负极材料中间体进行炭化处理,得到钠离子电池负极材料。
4、根据本申请的实施例,所述煤基材料包括焦煤、无烟煤、褐煤中的至少一种;
5、所述生物质基材料包括蔗糖;
6、所述含硫活化剂包括硫粉、含硫氨基酸、硫醇、硫醚、二硫化碳、硫酸盐中的至少一种;
7、和/或,所述碱金属卤化物包括kcl、licl中的至少一种;
8、和/或,将煤基材料与生物质基材料、熔融盐混合前,所述制备方法还包括:将煤基材料依次进行酸洗、碱洗、水洗,将经过所述酸洗、所述碱洗、所述水洗后的所述煤基材料与生物质基材料、熔融盐混合,得到负极材料前驱体;
9、和/或,所述酸洗所用的溶液包括hcl溶液,所述hcl溶液的浓度为2-5mol/l,所述酸洗的时间为1-3h;所述碱洗所用的溶液包括naoh溶液,所述naoh溶液的浓度为2-5mol/l,所述碱洗的时间为1-3h;所述水洗的时间为5-10h。
10、根据本申请的实施例,所述煤基材料与所述生物质基材料、所述熔融盐的重量比为(10 20):(5-12):(30-45)。
11、根据本申请的实施例,所述含硫活化剂与所述负极材料前驱体的质量比为(1~1.5):(27~33)。
12、根据本申请的实施例,所述热活化处理的温度为300-480℃;
13、和/或,所述热活化处理的时间为2-5h。
14、根据本申请的实施例,所述热活化处理在氨气与惰性气体的混合气氛下进行,所述惰性气体包括氮气、氩气中的至少一种;
15、和/或,在所述热活化处理前,向反应容器中通入所述惰性气体;在所述热活化处理的前30min内,所述氨气的流速为20-30ml/min,所述惰性气体的控制在170-200ml/min;在随后的所述热活化处理过程中,所述氨气的流速为40-60ml/min,所述惰性气体的流速为130-160ml/min;在所述热活化处理的最后半小时内,所述氨气的流速为15-25ml/min,所述惰性气体的流速为170-200ml/min。
16、根据本申请的实施例,所述炭化处理的温度为600-1200℃;
17、和/或,所述炭化处理的时间为2-6h;
18、和/或,所述炭化处理在单一保护气氛下进行,所述单一保护气氛包括氮气、氩气中的任意一种。
19、本申请还提供一种钠离子电池负极材料,所述钠离子电池负极材料由前文所述的钠离子电池负极材料的制备方法制备得到。
20、本申请还提供一种钠离子电池,所述钠离子电池包括前文所述的钠离子电池负极材料。
21、本申请还提供一种用电设备,所述用电设备包括前文所述的钠离子电池。
22、与现有技术相比,本申请的有益效果包括:
23、本申请的熔融盐可以使煤基材料与生物质基材料充分交联,构筑异质微晶结构,提高了碳材料的结构无序度,还优化了负极材料的电化学储钠性能,从而提高了负极材料的首次效率。而且,本申请的含硫活化剂可以起到增加碳材料层间距的作用,可以提高负极材料的比容量。此外,本申请还具有操作简单、原料价格低的优点,可以降低生产成本。总的来说,本申请方法可以使制备得到的钠离子电池负极材料同时具有较高的比容量、较高的首次效率和较低的成本的优点。
24、本申请的钠离子电池和用电设备也具有优异的电化学性能。
1.一种钠离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,包括:
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,所述煤基材料包括焦煤、无烟煤、褐煤中的至少一种;
3.根据权利要求2所述的钠离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,所述煤基材料与所述生物质基材料、所述熔融盐的重量比为(10 20):(5-12):(30-45)。
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,所述含硫活化剂与所述负极材料前驱体的质量比为(1~1.5):(27~33)。
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,所述热活化处理的温度为300-480℃;
6.根据权利要求5所述的钠离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,所述热活化处理在氨气与惰性气体的混合气氛下进行,所述惰性气体包括氮气、氩气中的至少一种;
7.根据权利要求1-6任一项所述的钠离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,所述炭化处理的温度为600-1200℃;
8.一种钠离子电池负极材料,其特征在于,所述钠离子电池负极材料由权利要求1-7任一项所述的钠离子电池负极材料的制备方法制备得到。
9.一种钠离子电池,其特征在于,所述钠离子电池包括权利要求8所述的钠离子电池负极材料。
10.一种用电设备,其特征在于,所述用电设备包括权利要求9所述的钠离子电池。
