竹基硬碳活性电极材料及其制备和在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CN115849333A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211494879.0(22)申请日2022.11.26(71)申请人中南大学地址410083湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号(72)发明人张治安李思敏郑景强赖延清王丹君(74)专利代理机构长沙市融智专利事务所(普通合伙)43114专利代理师盛武生(51)Int.Cl.C01B32/05(2017.01)H01M4/133(2010.01)H01M4/587(2010.01)H01M10/054(2010.01)权利要求书2页说明书9页附图1页(54)发明名称竹基硬碳活性电极材料及其制备和在钠离子电池中的应用(57)摘要本发明属于钠离子电池负极材料领域，具体涉及一种竹基硬碳活性电极材料的制备方法，将竹原料在酸液A中进行预处理，获得预处理竹原料；将预处理竹原料热解，获得热解竹炭，并收集热解过程中的竹焦油；将热解竹炭按任意顺序分别经碱液B和酸液C处理，制得预处理竹炭；将竹焦油与交联剂为前驱原料进行交联处理得碳整形剂；将碳整形剂或其前驱原料与预处理竹炭混合得混合料，再进行二段焙烧处理，制得所述的竹基硬碳活性电极材料。本发明还包括所述的制备方法制备的材料及其在钠离子电池中的应用。本发明所述的方法，能够解决竹原料制备面临的问题，能高收率地获得高电化学性能的电极材料。CN115849333ACN115849333A权利要求书1/2页1.一种竹基硬碳活性电极材料的制备方法，其特征在于，将竹原料在酸液A中进行预处理，获得预处理竹原料；将预处理竹原料热解，获得热解竹炭，并收集热解过程中的竹焦油；将热解竹炭按任意顺序分别经碱液B和酸液C处理，制得预处理竹炭；将竹焦油与交联剂为前驱原料进行交联处理得碳整形剂；将碳整形剂或其前驱原料与预处理竹炭混合得混合料，再进行二段焙烧处理，制得所述的竹基硬碳活性电极材料。2.如权利要求1所述的竹基硬碳活性电极材料的制备方法，其特征在于，所述的竹原料为竹茎、竹叶中的至少一种；优选地，竹原料为粉料；优选地，竹原料的粉料尺寸为40～200目；优选地，所述的酸液A为盐酸、硫酸、硝酸中的至少一种水溶液；优选地，所述的酸液A的溶质浓度为0.5～2M；优选地，将竹原料置于酸液A中，浸泡处理后固液分离、水洗、干燥得到所述的预处理竹原料。3.如权利要求1所述的竹基硬碳活性电极材料的制备方法，其特征在于，热解阶段的气氛为保护性气氛，优选为氮气、惰性气体中的至少一种；优选地，热解的温度为400℃～700℃；优选地，热解处理时间为1～3h。4.如权利要求1所述的竹基硬碳活性电极材料的制备方法，其特征在于，所述的碱液B为碱金属氢氧化物的水溶液，其溶质的浓度优选为4～6M；优选地，碱液B处理阶段的温度为80～95℃；优选地，在碱液B中处理的时间为0.5～2h；优选地，所述的酸液C为盐酸、硫酸、硝酸中的至少一种水溶液；其溶质浓度优选为1～3M；优选地，酸液C处理阶段的温度为60～90℃；优选地，在酸液C中处理的时间为0.5～2h；优选地，将预处理竹原料预先经碱液B处理，固液分离后再置于酸液C中处理，再经固液分离、水洗、干燥处理，制得所述的预处理竹炭。5.如权利要求1所述的竹基硬碳活性电极材料的制备方法，其特征在于，所述的交联剂为脂肪醛、芳香醛、酚中的至少一种；优选地，竹焦油和交联剂的重量比为2～15：1；优选地，混合的方式为混捏；优选地，混捏阶段的温度为120～320℃；优选地，混合料中，碳整形剂或其前驱原料的重量含量大于或等于3wt.％，优先为5～15wt.％。6.如权利要求1所述的竹基硬碳活性电极材料的制备方法，其特征在于，二段焙烧阶段均在保护气氛下处理；优选地，二段焙烧过程包括T1段保温过程和T2段保温过程，其中，T1的温度为500～7002CN115849333A权利要求书2/2页℃；T1段的保温时间为1～3h；T1段煅烧得到的焙烧料经过破碎、气磨粉碎后筛选粒径D50为5～35μm的粉料后进行T2段热处理；T2的温度为1000～1600℃；T2段的保温时间为1～5h。7.一种权利要求1～6任一项所述制备方法制得的竹基硬碳活性电极材料。8.一种权利要求1～6任一项所述制备方法制得的竹基硬碳活性电极材料的应用，其特征在于，将其作为负极活性材料，用于制备钠离子电池；优选地，将其作为负极活性材料，用于制备钠离子电池的负极。9.一种钠离子电池负极，其特征在于，包含权利要求1～6任一项所述制备方法制得的竹基硬碳活性电极材料；优选地，包括集流体，以及复合在集流体表面的负极材料；所述的负极材料中包含所述的竹基硬碳活性电极材料；优选地，所述的负极材料中，还包含导电剂以及粘结剂。10.一种钠离子电池，其特征在于，