一种活性硬碳材料的制备及其钠离子电池中的应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115849372A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211531097.X(22)申请日2022.12.01(71)申请人珠海科创能源技术有限公司地址519000广东省珠海市高新区唐家湾镇金唐路1号港湾1号科创园24栋C区1层357室(集中办公区)(72)发明人李永富李永钦刘泽鑫王伟坚(74)专利代理机构广东政道慧权专利代理事务所(普通合伙)44775专利代理师何崇康(51)Int.Cl.C01B32/318(2017.01)H01M4/587(2010.01)H01M10/054(2010.01)C01B32/354(2017.01)权利要求书1页说明书4页(54)发明名称一种活性硬碳材料的制备及其钠离子电池中的应用(57)摘要本发明涉及电池技术领域，且公开了一种活性硬碳材料的制备及其钠离子电池中的应用，将2,5‑二吡啶酰氯和4‑(4‑氨基苯基)‑2,6‑二(4‑氨基苯基)吡啶发生酰胺化缩聚反应，合成了新型的吡啶基多孔聚合物，聚合物含有大量的微孔结构，分子骨架具有吡啶环和刚性苯环，然后经过高温碳化，氮掺杂在碳材料中形成吡啶N等活性结构，有利于提高碳材料的石墨化程度，从而形成了新型的石墨化的氮掺杂活性硬碳材料，硬碳材料的石墨化具有更好的导电性和电化学性能，并且吡啶N可以在硬碳材料中形成表面缺陷结构，增大石墨碳层的间距，从而提高其电子和钠离子的传输和迁移，改善了负极材料的比容量和循环稳定性能。CN115849372ACN115849372A权利要求书1/1页1.一种活性硬碳材料，其特征在于：所述活性硬碳材料按照如下方法进行制备：S1：向氯化亚砜中滴加2,5‑二吡啶羧酸和催化剂N,N‑二甲基甲酰胺，在氮气氛围中加热至65‑80℃反应2‑5h，反应后减压浓缩除去氯化亚砜，粗产物加入到二氯甲烷中重结晶，得到2,5‑二吡啶酰氯；S2：向反应溶剂中加入2,5‑二吡啶酰氯和4‑(4‑氨基苯基)‑2,6‑二(4‑氨基苯基)吡啶，搅拌溶解后滴加催化剂，反应后加入乙醇沉淀，过滤溶剂，依次用蒸馏水、乙醇、丙酮和二氯甲烷在索氏提取器中提取纯化，得到吡啶基多孔聚合物。S3：将吡啶基多孔聚合物在气氛炉中，在氮气气氛中进行碳化，得到石墨化的氮掺杂活性硬碳材料。2.根据权利要求1所述的活性硬碳材料，其特征在于：所述S2中反应溶剂包括N‑甲基吡咯烷酮、N,N‑二甲基甲酰胺、N,N‑二甲基乙酰胺中的任一种。3.根据权利要求1所述的活性硬碳材料，其特征在于：所述S2中2,5‑二吡啶酰氯、4‑(4‑氨基苯基)‑2,6‑二(4‑氨基苯基)吡啶、催化剂的摩尔比为1.4‑1.8:1:1.6‑3。4.根据权利要求1所述的活性硬碳材料，其特征在于：所述S2中为三乙胺、N,N‑二异丙基乙胺中的任意一种。5.根据权利要求1所述的活性硬碳材料，其特征在于：所述S2中控制反应温度在30‑50℃之间，反应时间控制在12‑36h之间。6.根据权利要求1所述的活性硬碳材料，其特征在于：所述S3中碳化温度控制在800‑900℃之间，碳化时间控制在2‑3h之间。7.一种如权利要求1‑6任一项所述的活性硬碳材料在钠离子电池中的应用：将活性硬碳材料、聚偏氟乙烯和乙炔黑加入到N‑甲基吡咯烷酮中，分散均匀后将浆料涂覆在铜箔集流体上，控制活性硬碳材料在铜箔集流体表面的负载量为0.3‑1mg/m2，得到钠离子电池的负极材料。2CN115849372A说明书1/4页一种活性硬碳材料的制备及其钠离子电池中的应用技术领域[0001]本发明涉及电池技术领域，具体为一种活性硬碳材料的制备及其钠离子电池中的应用。背景技术[0002]相比于锂离子电池，钠离子电池具有成本低廉、无过放电特性等优点，目前钠离子电池负极材料主要有碳基材料、合金材料等，其中碳基材料的导电性好、来源广泛、制备方法多样、安全性高，具有广阔的商业应用前景，中国专利文件CN202111038617.9《钠离子电池用有序多孔硬碳》，公开了将聚合物前驱体和相分离促进剂通过加热搅拌、形成凝胶膜、相分离、碳化等过程形成硬碳材料，具有大量垂直有序的大孔通道，从而能够提升电解液的浸润性和快速传输，制备的钠离子电池负极呈现优异的储钠容量和倍率性能。[0003]对碳材料进行杂原子掺杂，可以有效提高碳材料的导电性、比容量等电化学性能，中国专利文件CN201710540998.8《用作钠离子电池负极的氮掺杂多孔碳材料制备方法》，公开了将磷酸铵、氟化铵等铵盐作为氮源，与碳源复合碳化，得到的氮掺杂多孔碳材料用作钠离子电池负极材料，表现出了优异电化学性能；本发明以吡啶基多孔聚合物作为碳前驱体，高温碳化得到石墨化的氮掺杂活性硬碳材料应用于钠离子电池负极中，具有更好的比容量和循环性能。发明内容