一种高效硬碳材料及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108682815A(43)申请公布日2018.10.19(21)申请号201810450213.2H01M4/52(2010.01)(22)申请日2018.05.11H01M10/0525(2010.01)H01M10/054(2010.01)(71)申请人浙江大学B82Y30/00(2011.01)地址310058浙江省杭州市西湖区余杭塘B82Y40/00(2011.01)路866号(72)发明人夏新辉李玉倩章理远王秀丽涂江平(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人陈升华(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/587(2010.01)H01M4/583(2010.01)H01M4/525(2010.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种高效硬碳材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种高效硬碳材料及其制备方法和在制备碱金属离子电池负极中的应用，制备包括：硬碳前驱体，浸入碱性溶液中，水热处理后水洗净，再在保护气体保护下高温碳化，获得硬碳材料；将硬碳材料浸入醋酸钴水溶液浸泡后，抽滤烘干，再置于马弗炉中高温处理，获得具有棒状纳米阵列骨架结构高效硬碳材料，以此材料制备成负极，应用于制备锂、钠、锂离子电池负极。本发明纳米阵列硬碳材料具有提高比容量和倍率性能等特点，与正极材料匹配时，也可显著提高全电池的能量密度和循环稳定性。本发明的新型硬碳负极材料在碱金属离子二次电池，尤其钠离子二次电池领域具有广阔的应用前景与指导意义。CN108682815ACN108682815A权利要求书1/1页1.一种高效硬碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)称取硬碳前驱体，浸入碱性溶液中，水热处理后去离子水洗净，再在保护气体保护下高温碳化，获得硬碳材料；2)将硬碳材料浸入醋酸钴水溶液浸泡后，抽滤烘干，再置于马弗炉中高温处理，获得具有棒状纳米阵列骨架结构高效硬碳材料。2.根据权利要求1所述的高效硬碳材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的硬碳前驱体为蒲公英、法桐、狗尾草、兔尾草、青霉、灰霉、金针菇、香菇、蘑菇中的一种或两种以上。3.根据权利要求1所述的高效硬碳材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的碱性溶液为氢氧化钾水溶液、氢氧化钠水溶液中的一种或两种混合；所述的碱性溶液的浓度为0.1～5mol/L。4.根据权利要求1所述的高效硬碳材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的水热处理为将浸入碱性溶液的硬碳前驱体装入水热装置中，放入烘箱内80～160℃反应0.5～10h。5.根据权利要求1所述的高效硬碳材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的高温碳化为在管式炉内800～1600℃反应0.5～10h。6.根据权利要求1所述的高效硬碳材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的醋酸钴水溶液的浓度为0.02～0.5mol/L。7.根据权利要求1所述的高效硬碳材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的浸泡的时间为12～24h。8.根据权利要求1所述的高效硬碳材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的马弗炉中高温处理分为两步，预处理和腐蚀反应；所述的预处理为100～400℃反应0.2～5h；所述的腐蚀反应为300～600℃反应0.5～10h。9.根据权利要求1～8任一项所述的制备方法制备的高效硬碳材料。10.根据权利要求9所述的高效硬碳材料在制备碱金属离子电池负极中的应用。2CN108682815A说明书1/4页一种高效硬碳材料及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及碱金属离子二次电池负极材料的技术领域，具体涉及一种高效硬碳材料及其制备方法和在制备碱金属离子电池负极中的应用。背景技术[0002]钠离子电池和锂离子电池几乎被同时提出，但是相关的研究很少，甚至中断消失了近三十年。而索尼在1991年实现锂离子电池的商业化后，目前被广泛应用在日常的便携式电子设备、电动机和其他大规模智能电网等，大大推动了电子储能设备的快速发展。但匮乏的锂资源(地壳中含量为20ppm)并不能满足日益增大逐渐紧迫的储能需要，锂离子电池遇到了极大的发展瓶颈。而和锂元素具有相似化学性质的钠元素储量丰富(地壳中含量为23600ppm)且分布广泛，钠离子电池越来越有希望取代锂离子电池，近年来钠离子电池的研究也越来越多。同时，钾离子电池具有较低的制备成本，最接近锂的电化学性能和比钠大的电化学窗口等特点，成为可替代锂二次电池的新型储能器件。[0003]由于钠/钾离子电池和锂离子电池具有相似的工作原理，很多在锂离子电池上比较成熟的概念可以直接嫁接到钠/钾离子电池上。尽管钠离子电池的商业化在理论上可行性很高，正极材