钠离子电池负极材料及其制备方法

专利2026-08-29  5


本发明涉及钠离子电池,尤其涉及一种钠离子电池负极材料及其制备方法。


背景技术:

1、锂离子电池以高能量密度、高电压、低自放电以及优异的循环性能等优势成为消费电子领域的主要储能设备。然而,地球上锂资源很少,加上锂离子电池的广泛应用,使得锂资源更加短缺,价格居高不下,不适合用于大规模储能应用,因此急需开发下一代综合性能优异的储能电池体系。

2、钠离子电池作为一种新型的电池技术,逐渐受到了人们的关注。而高性能、低成本的负极材料的开发与应用是钠离子电池走向商业化的重要前提。在锂电池中,石墨作为负极材料得到了广泛的应用,但是石墨由于热力学原因及其固有的结构,难以在钠离子电池中作为负极使用。

3、目前,现有技术中有采用以煤炭和硬碳前驱体作为原料制备钠离子电池负极材料,或者采用不同生物质材料作为前驱体制备钠离子电池负极材料,但是,采用这些方法制备得到的钠离子电池负极材料,均存在高首周库伦效率低、容量低、循环稳定性差的缺点。


技术实现思路

1、本发明提供的钠离子电池负极材料及其制备方法,所使用的材料成本低廉、来源广泛,同时兼有高容量和高首周库伦效率,性价比较高,且制备方法工艺简单,适合商业化应用。

2、第一方面,本发明提供一种钠离子电池负极材料的制备方法,所述方法包括:

3、对原料褐煤进行一次粉碎;

4、对一次粉碎后的物料进行酸洗提纯;

5、对酸洗提纯后的物料进行离心或抽滤;

6、对经过离心或抽滤后的物料进行烘干;

7、对烘干后的物料进行球磨处理;

8、对球磨处理后的物料进行高温碳化;

9、对高温碳化后的物料进行筛分除磁,得到钠离子电池负极材料。

10、可选地,所述对原料褐煤进行一次粉碎包括:

11、将原料褐煤进行颚破或锤破前处理,得到粗碎后的物料;

12、将粗碎后的物料进行一次粉碎,控制粒度在10~20μm。

13、可选地,所述对一次粉碎后的物料进行酸洗提纯包括:

14、对一次粉碎后的物料进行一次提纯;

15、对一次提纯后的物料进行二次提纯。

16、可选地,所述对一次粉碎后的物料进行一次提纯包括:

17、配制12wt.%~25wt.%的盐酸,将一次粉碎后的物料与盐酸的比例配制为100g:800~1000ml,水浴锅温度控制在60℃~80℃,反应时间控制在8h~12h,进行一次提纯。

18、可选地,所述对一次提纯后的物料进行二次提纯包括:

19、将一次提纯后的物料进行抽滤,用二次蒸馏水反复洗涤,直至ph=6~7;之后,在电热鼓风干燥箱中烘干2h-4h,温度在105-110℃之间,得到一次提纯后的物料;然后,配制9.0wt.%~18wt.%的硝酸,15wt.%~25wt.%氢氟酸,硝酸与氢氟酸的质量比为7:2~4,得到混酸,将一次提纯反应后的物料与混酸比例配制为50g:500~800ml,水浴锅温度控制在60℃~80℃,反应时间控制在8h~12h,进行二次提纯。

20、可选地,所述对酸洗提纯后的物料进行离心或抽滤包括:

21、采用高速离心的方式对酸洗提纯后的物料进行多次洗酸,直至中性,ph试纸不变色,高速离心机设置为8000rpm,离心5min;

22、或者,采用正压抽滤的方式对酸洗提纯后的物料进行抽滤。

23、可选地,所述对烘干后的物料进行球磨处理包括:

24、采用干法球磨处理的方式,其中,料球比=1:8,转速450rpm,时间10-16h;在干法球磨处理结束后,采用50目的筛网将料和球分离;

25、或者,采用湿法球磨处理的方式,其中,料球比=1:8,转速350rpm,时间8-12h,介质为水;在湿法球磨处理结束后,采用50目的筛网将料和球分离,然后采用高速离心或正压抽滤的方式将水除去,再在普通烘箱中烘干。

26、可选地,所述对球磨处理后的物料进行高温碳化包括:

27、在氮气或其它惰性气体的环境下阶段式升温,第一段升温速率为5-10℃/min,升温至500-600℃,保温1-3h;第二段升温速率为2-8℃/min,升温至850-1200℃,保温1-5h;然后,随炉体自然降温。

28、可选地,对高温碳化后的物料进行筛分除磁,得到钠离子电池负极材料包括:

29、对高温碳化后的物料过325目筛和除磁机,得到钠离子电池负极材料

30、第二方面,本发明提供一种钠离子电池负极材料,所述钠离子电池负极材料采用上述钠离子电池负极材料的制备方法制备而成。

31、本发明实施例提供的钠离子电池负极材料及其制备方法,所使用的原料褐煤成本低廉、来源广泛;另外,对原料除杂的技术方案上,采用了二次提纯,寻找到了最佳的用酸比例,用酸最少,工艺简单,成本可控,减少了环境污染和碳排放,符合环保要求;本申请采用了前粗料纯化再球磨的方式,避免了实验室抽滤困难,或工业上压滤困难的缺陷,提高了效率;制备得到的负极材料应用于钠离子电池,兼有高容量和高首周库伦效率,性价比较高,且制备方法工艺简单,适合商业化应用。



技术特征:

1.一种钠离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,所述方法包括:

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对原料褐煤进行一次粉碎包括:

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对一次粉碎后的物料进行酸洗提纯包括:

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述对一次粉碎后的物料进行一次提纯包括:

5.根据权利要求3或4所述的方法,其特征在于,所述对一次提纯后的物料进行二次提纯包括:

6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对酸洗提纯后的物料进行离心或抽滤包括:

7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对烘干后的物料进行球磨处理包括:

8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对球磨处理后的物料进行高温碳化包括:

9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,对高温碳化后的物料进行筛分除磁,得到钠离子电池负极材料包括:

10.一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采用如权利要求1至9中任一项所述的方法制备而成。


技术总结
本发明提供一种钠离子电池负极材料及其制备方法。所述方法包括:对原料褐煤进行一次粉碎;对一次粉碎后的物料进行酸洗提纯;对酸洗提纯后的物料进行离心或抽滤;对经过离心或抽滤后的物料进行烘干;对烘干后的物料进行球磨处理;对球磨处理后的物料进行高温碳化;对高温碳化后的物料进行筛分除磁,得到钠离子电池负极材料。本发明所使用的材料成本低廉、来源广泛,同时兼有高容量和高首周库伦效率,性价比较高,且制备方法工艺简单,适合商业化应用。

技术研发人员:安军伟,辛国祥,郭泽宇,孟祥锋,王志平,李彬,吕伟,赵东辉,吕晓婷,王雪佳,刘彦霞,赵小利,李景杰
受保护的技术使用者:集宁师范学院
技术研发日:
技术公布日:2024/7/25
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