一种多孔硬炭负极材料及其制备方法与钠离子电池与流程

本发明涉及硬炭材料，尤其涉及一种多孔硬炭负极材料及其制备方法与钠离子电池。

背景技术：

1、钠离子电池因钠资源储量丰富、成本低廉，与锂离子电池工作原理相似，被认为是锂离子电池在大规模储能领域最具前景的补充或替代方案之一。负极材料是决定钠离子电池电化学性能的关键因素，目前，硬炭材料凭借其独特的短程有序、长程无序的乱层结构、较大的石墨层间距以及丰富的纳米孔隙，被公认为最具商业化前景的钠离子电池负极材料。

2、理论上，硬炭的储钠机制主要包括缺陷位吸附、碳层间插层和纳米孔填充三种模式，“吸附-插层-孔填充”的三阶段模型已被广泛接受以解释其充放电行为。然而，相较于石墨负极在锂离子电池中的成熟应用，硬炭负极在钠离子电池中仍面临严峻挑战。由于钠离子半径远大于锂离子半径，钠离子在碳层中的嵌入/脱出动力学迟缓，导致材料可逆比容量普遍偏低，严重制约了钠离子电池能量密度的进一步提升及其产业化进程。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中硬炭负极材料比容量较低的问题，本发明提供一种多孔硬炭负极材料的制备方法，该制备方法通过预掺杂钠弱化碳层间作用力、构建碳空位，拓宽碳层间距、提升钠离子吸附位点，提高比容量，解决了现有技术中硬炭负极材料比容量较低的问题。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种多孔硬炭负极材料的制备方法，包括如下步骤：

4、将硬炭前驱体、含钠硫化合物以及柠檬酸溶于去离子水，得到混合溶液；

5、在60-70℃恒温水浴条件下，向所述混合溶液中加入氨水，调节ph至9-11，搅拌反应，再经干燥，得到na-s共掺杂前驱体；

6、于惰性气氛下，将所述na-s共掺杂前驱体升温至350-650℃保温处理后，继续升温至1200-1500℃保温处理，得到多孔硬炭负极材料。

7、可选地，所述硬炭前驱体选自树脂硬炭前驱体、生物质硬炭前驱体、煤基硬炭前驱体、沥青基硬炭前驱体中的至少一种。

8、可选地，所述树脂硬炭前驱体选自酚醛树脂、呋喃树脂中的至少一种。

9、可选地，所述生物质硬炭前驱体选自木材、果壳中的至少一种。

10、可选地，所述含钠硫化合物选自有机含钠硫化物、无机含钠硫化物中的至少一种。

11、可选地，所述有机含钠硫化物选自木质素磺酸钠、对甲苯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、萘磺酸钠中的至少一种。

12、可选地，所述无机含钠硫化物选自硫化钠、多硫化钠、硫氢化钠、硫代硫酸钠、亚硫酸钠中的至少一种。

13、可选地，所述硬炭前驱体、所述含钠硫化合物以及所述柠檬酸的质量比为（20-35）：（40-60）：（3-8）。

14、本发明的另一目的在于提供一种多孔硬炭负极材料，通过如上所述的多孔硬炭负极材料的制备方法进行制备。

15、本发明的再一目的在于提供一种钠离子电池，包括如上所述的多孔硬炭负极材料。

16、本发明的有益效果是：

17、本发明提供的多孔硬炭负极材料的制备方法，含钠硫化合物在前驱体阶段已经与硬炭前驱体充分混合，并通过柠檬酸辅助结合形成均匀分布结构；含钠硫化合物引入钠元素，通过预掺杂钠弱化碳层间作用力、构建碳空位，na嵌入无定形碳骨架，削弱c-c层间作用力、制造碳本征空位，拓宽碳层间距、提升na+吸附位点，提高比容量；同时，钠掺杂引导薄、无机富集稳定sei膜，骨架原位na提前锚定界面，充放电时直接诱导薄、高naf占比sei，减少不可逆钠消耗，提升首次库伦效率；此外，na-s二元原位共掺，硫调控闭孔结构、钠调控电子能带，双机制协同提升硬炭动力学。

1.一种多孔硬炭负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的多孔硬炭负极材料的制备方法，其特征在于，所述硬炭前驱体选自树脂硬炭前驱体、生物质硬炭前驱体、煤基硬炭前驱体、沥青基硬炭前驱体中的至少一种。

3.如权利要求2所述的多孔硬炭负极材料的制备方法，其特征在于，所述树脂硬炭前驱体选自酚醛树脂、呋喃树脂中的至少一种。

4.如权利要求2所述的多孔硬炭负极材料的制备方法，其特征在于，所述生物质硬炭前驱体选自木材、果壳中的至少一种。

5.如权利要求1所述的多孔硬炭负极材料的制备方法，其特征在于，所述含钠硫化合物选自有机含钠硫化物、无机含钠硫化物中的至少一种。

6.如权利要求5所述的多孔硬炭负极材料的制备方法，其特征在于，所述有机含钠硫化物选自木质素磺酸钠、对甲苯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、萘磺酸钠中的至少一种。

7.如权利要求5所述的多孔硬炭负极材料的制备方法，其特征在于，所述无机含钠硫化物选自硫化钠、多硫化钠、硫氢化钠、硫代硫酸钠、亚硫酸钠中的至少一种。

8.如权利要求1-7任一项所述的多孔硬炭负极材料的制备方法，其特征在于，所述硬炭前驱体、所述含钠硫化合物以及所述柠檬酸的质量比为（20-35）：（40-60）：（3-8）。

9.一种多孔硬炭负极材料，其特征在于，通过如权利要求1-8任一项所述的多孔硬炭负极材料的制备方法进行制备。

10.一种钠离子电池，其特征在于，包括如权利要求9所述的多孔硬炭负极材料。