一种长循环钠离子电池硬碳材料及其制备方法以及钠离子电池与流程

本发明涉及钠离子电池领域，尤其涉及一种长循环钠离子电池硬碳材料及其制备方法以及钠离子电池。

背景技术：

1、钠离子电池目前已经成为继锂离子电池之后，最具有影响力的二次电池。由于钠离子电池的工作原理与制作工艺均与锂离子电池相近，目前钠离子电池已经进入到了快速发展的阶段。

2、硬碳材料，因其独特的孔隙结构和良好的动力学性能，成为了商业化发展最快的钠离子电池负极活性材料，并且广泛应用于钠离子电池中。然而，随着经济的飞速发展和能源需求的快速增长，传统的硬碳材料已经不能满足钠离子电池的性能要求。因此，开发具有高性能的硬碳材料，则成为了急需解决的问题。

3、目前，现有技术中多采用造孔剂对进行硬碳材料的结构进行修饰，但是常规方法采用高温造孔剂，容易在碳材料上形成过多的开孔，导致电池在首次充放电过程中，造成大量的不可逆的钠离子的消耗，影响电池首效，同时孔结构也难以控制。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种长循环钠离子电池硬碳材料及其制备方法以及钠离子电池。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

3、本发明的第一方面是提供一种长循环钠离子电池硬碳材料的制备方法，步骤包括：

4、s1、将前驱体材料以及高温造孔剂分散于十二烷基二甲基甜菜碱水溶液中，制得悬浮液后进行烘干处理，制得前驱体粉末；

5、s2、依次对前驱体粉末进行溶剂挥发处理、预碳化处理、刻蚀处理、洗涤处理以及烘干处理，即得所述长循环钠离子电池硬碳材料。

6、优选地，步骤s1中，前驱体材料为生物质前驱体；生物质前驱体包括：椰壳、竹子、柚子皮中的至少一种。

7、优选地，步骤s1中，十二烷基二甲基甜菜碱的用量为前驱体材料质量的0.5-10%；高温造孔剂包括：氢氧化钾、氢氧化钠、氯化锌、磷酸、碳酸钾、碳酸氢钠中的至少一种；高温造孔剂的用量为前驱体材料质量的10-50%。

8、优选地，步骤s2中，溶剂挥发处理包括：在惰性气体保护下，以5℃/min的速度升温至150-200℃，保温2-4h。

9、优选地，步骤s2中，预碳化处理包括：以2℃/min的速度升温至300-500℃，保温2-4h。

10、优选地，步骤s2中，刻蚀处理包括：以2℃/min的速度升温至700-1300℃，保温2-4h。

11、优选地，步骤s2中，洗涤处理包括：待经刻蚀处理后的材料降温至室温后，采用稀酸以及去离子水进行多次冲洗以及抽滤，直至滤液ph值趋近于中性。

12、优选地，步骤s2中，烘干处理包括：100-150℃干燥12-16h。

13、本发明的第二方面是提供一种长循环钠离子电池硬碳材料，由上述制备方法制得。

14、本发明的第三方面是提供一种钠离子电池，包括：负极、正极以及隔膜；

15、其中，负极包括：由上述制备方法制得的长循环钠离子电池硬碳材料；

16、正极包括：磷酸焦磷酸铁钠、镍铁锰酸钠、普鲁士蓝、硫酸铁钠、磷酸钒钠中的至少一种。

17、本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

18、（1）本发明采用十二烷基二甲基甜菜碱与高温造孔剂复合使用，对硬碳材料结构进行修饰。十二烷基二甲基甜菜碱能够使得前驱体悬浮液具有更好的分散效果，防止造孔剂团聚，有利于提高硬碳材料的孔结构的均匀性。其作为软模板，其长链烷基自组装形成的胶束结构在加热分解后，能够形成介孔结构，促进充放电过程中钠离子在电解液中的离子传输能力，同时其分解后的氮元素能够通过原位掺杂，为硬碳材料提供导电能力以及活性位点。高温造孔剂在较高温度下通过化学刻蚀，在硬碳表面形成大量的微孔，能够使得硬碳材料中具有丰富的孔结构，同时提供高比表面积，能够有效地提升材料的比表面积。

19、（2）本发明采用两种造孔剂协同作用，为硬碳材料提供介孔和微孔，能够使得硬碳材料兼具多孔结构、元素掺杂改性、高离子传输能力、高比表面积，同时孔结构具有良好的稳定性，使得硬碳具有高克容量和高倍率性能。采用本方法，能够有效的提升钠离子电池的电化学性能和动力学性能，提高倍率充放电能力，并且在电池充放电过程中，能够有效地保证材料的结构稳定性，避免因钠离子的嵌入和脱出导致的体积变化而对电池的循环稳定性造成影响，从而有效的提升钠离子的循环性能。

1.一种长循环钠离子电池硬碳材料的制备方法，其特征在于，步骤包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，前驱体材料为生物质前驱体；生物质前驱体包括：椰壳、竹子、柚子皮中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，十二烷基二甲基甜菜碱的用量为前驱体材料质量的0.5-10%；高温造孔剂包括：氢氧化钾、氢氧化钠、氯化锌、磷酸、碳酸钾、碳酸氢钠中的至少一种；高温造孔剂的用量为前驱体材料质量的10-50%。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，溶剂挥发处理包括：在惰性气体保护下，以5℃/min的速度升温至150-200℃，保温2-4h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，预碳化处理包括：以2℃/min的速度升温至300-500℃，保温2-4h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，刻蚀处理包括：以2℃/min的速度升温至700-1300℃，保温2-4h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，洗涤处理包括：待经刻蚀处理后的材料降温至室温后，采用稀酸以及去离子水进行多次冲洗以及抽滤，直至滤液ph值趋近于中性。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，烘干处理包括：100-150℃干燥12-16h。

9.一种长循环钠离子电池硬碳材料，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述制备方法制得。

10.一种钠离子电池，其特征在于，包括：负极、正极以及隔膜；