酚醛树脂基硬碳材料及制备方法、钠离子电池及负极材料与流程

本申请涉及储能材料，尤其涉及酚醛树脂基硬碳材料及制备方法、钠离子电池及负极材料。

背景技术：

1、钠离子电池作为一种新型储能技术，因其成本低廉、资源丰富和环境友好等优势，受到了广泛关注。硬碳材料因其独特的结构特性和良好的电化学性能，被认为是钠离子电池理想的负极材料。

2、然而，硬碳材料的孔隙结构对其电化学性能具有重要影响，如何调控硬碳材料的孔隙结构以提高其钠离子吸附能力和电池性能，已成为钠离子电池技术领域的关键问题。

3、目前，硬碳材料的孔隙结构调控主要通过物理活化法、化学活化法和模板法等方法实现。物理活化法存在能耗高、效率低、难以精确控制孔径分布的问题。化学活化法存在成本高、环境污染严重、活化剂回收和再利用困难的问题。模板法存在制备过程复杂、模板材料难以去除、模板材料的选择和设计限制了孔隙结构调控范围的问题。

4、此外，现有基于酚醛树脂的硬碳材料制备方法亦存在不足。例如，钠基改性酚醛树脂硬碳负极的制备方法涉及多步缩合、中和及加成反应，制备过程复杂。活化剂直接活化酚醛树脂制备硬碳材料的方法，其钠电池性能较低。改性酚醛树脂制备硬碳材料的方法使用水热法且需大量化学试剂，成本较高。

技术实现思路

1、本申请提供了酚醛树脂基硬碳材料及制备方法、钠离子电池及负极材料，以解决如下技术问题：如何实现酚醛树脂基硬碳材料孔隙结构的有效调控。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种酚醛树脂基硬碳材料的制备方法，包括以下步骤：

3、将脂肪酸与活化剂进行第一共混处理，以得到第一共混物；

4、将所述第一共混物静置，以得到活化后脂肪酸；

5、将所述活化后脂肪酸与酚醛树脂进行第二共混处理，以得到前驱体；

6、将所述前驱体在空气氛围下进行预炭化处理，以得到预炭化前驱体；

7、将所述预炭化前驱体进行破碎处理，以得到破碎前驱体；

8、将所述破碎前驱体在惰性气氛下进行炭化处理，以得到炭化产物；

9、将所述炭化产物进行洗涤处理，以得到硬碳材料；

10、其中，所述活化剂包括氢氧化钾、氢氧化钠和氯化钠中的一种或多种；所述预炭化处理的温度为100℃～300℃，所述炭化处理的温度为900℃～1300℃。

11、可选地，所述脂肪酸包括长链脂肪酸和芳香族脂肪酸中的一种或多种；

12、所述长链脂肪酸包括油酸、硬脂酸、亚油酸、十三烷二酸、十五烷二酸和二十烷二酸中的一种或多种；

13、所述芳香族脂肪酸包括11-苯基十一烷酸和12-苯基十二烷酸中的一种或多种。

14、可选地，所述活化剂与所述脂肪酸的摩尔比为1：1～1：5。

15、可选地，所述第一共混处理的时间为0.5h～1h；所述静置的时间为2h～4h；

16、所述活化后脂肪酸与所述酚醛树脂的质量比为1：1～1：10。

17、可选地，将所述活化后脂肪酸与所述酚醛树脂进行第二共混处理，包括：

18、将所述酚醛树脂加热至液态，在搅拌条件下向液态的所述酚醛树脂中加入所述活化后脂肪酸，以得到第二共混物；

19、将所述第二共混物进行静置冷却处理，以得到所述前驱体；

20、其中，所述搅拌处理的时间为4h～6h；所述静置冷却处理的时间为4h～8h。

21、可选地，所述预炭化处理包括：

22、以2℃/min～5℃/min的升温速率将所述前驱体升温至所述预炭化处理的温度，并以所述预炭化处理的温度对所述前驱体保温2h～8h。

23、可选地，所述炭化处理包括：

24、以2℃/min～10℃/min的升温速率将所述破碎前驱体升温至所述炭化处理的温度，并以所述炭化处理的温度对所述破碎前驱体保温4h～8h。

25、第二方面，本申请实施例提供了一种酚醛树脂基硬碳材料，所述酚醛树脂基硬碳材料采用第一方面中任一项所述的制备方法制备得到；

26、所述酚醛树脂基硬碳材料具有三维交联结构，所述三维交联结构由所述脂肪酸与所述酚醛树脂交联形成；

27、所述酚醛树脂基硬碳材料具有微孔结构，所述微孔结构由所述活化剂和所述脂肪酸分解产物协同造孔形成。

28、第三方面，本申请实施例提供了一种钠离子电池负极材料，包括第二方面所述的酚醛树脂基硬碳材料。

29、第四方面，本申请实施例提供了一种钠离子电池，包括第三方面所述的钠离子电池负极材料。

30、本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

31、将脂肪酸与活化剂进行第一共混处理，使活化剂均匀分散于脂肪酸中；将第一共混物静置，使活化剂与脂肪酸充分接触反应，以得到活化后脂肪酸；将活化后脂肪酸与酚醛树脂进行第二共混处理，使活化后脂肪酸均匀分散于酚醛树脂中，以得到前驱体；将前驱体在空气氛围下进行预炭化处理，使脂肪酸与酚醛树脂发生交联反应并在前驱体表面发生氧化形成活性位，以得到预炭化前驱体；将预炭化前驱体进行破碎处理，使预炭化前驱体达到适合炭化处理的粒度，以得到破碎前驱体；将破碎前驱体在惰性气氛下进行炭化处理，使酚醛树脂发生炭化反应形成碳骨架，活性位点分解形成孔隙，同时活化剂作为造孔剂促进孔隙结构生成，脂肪酸发生部分分解并产生分解产物，所述分解产物作为气相造孔剂协同促进微孔结构生成，脂肪酸的长链结构与酚醛树脂交联形成三维交联结构，从而增大层间距并促进微孔结构形成，以得到炭化产物；将炭化产物进行洗涤处理，去除残留杂质，以得到具有三维交联结构和微孔结构的硬碳材料，进而实现酚醛树脂基硬碳材料孔隙结构的有效调控。

1.一种酚醛树脂基硬碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的酚醛树脂基硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述脂肪酸包括长链脂肪酸和芳香族脂肪酸中的一种或多种；

3.根据权利要求1所述的酚醛树脂基硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述活化剂与所述脂肪酸的摩尔比为1：1～1：5。

4.根据权利要求1所述的酚醛树脂基硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述第一共混处理的时间为0.5h～1h；所述静置的时间为2h～4h；

5.根据权利要求1所述的酚醛树脂基硬碳材料的制备方法，其特征在于，将所述活化后脂肪酸与所述酚醛树脂进行第二共混处理，包括：

6.根据权利要求1所述的酚醛树脂基硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述预炭化处理包括：

7.根据权利要求1所述的酚醛树脂基硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述炭化处理包括：

8.一种酚醛树脂基硬碳材料，其特征在于，所述酚醛树脂基硬碳材料采用权利要求1至7中任一项所述的制备方法制备得到；

9.一种钠离子电池负极材料，其特征在于，包括权利要求8所述的酚醛树脂基硬碳材料。

10.一种钠离子电池，其特征在于，包括权利要求9所述的钠离子电池负极材料。