本申請涉及鈉離子電池領域，特別涉及一種共摻雜硬碳活性材料及其制備方法及應用。

背景技術：

1、相關技術中，鈉離子電池負極材料中，硬碳負極具有較低的儲能電壓、較高的容量、來源豐富、制備工藝簡單等優勢，是目前最具有應用前景的負極材料之一。硬碳從定義上是指難石墨化碳，通常在?2500℃以上的高溫下也難以石墨化，具有無序的類石墨結構微晶層（層間距通常大于石墨）和大量的孔結構，因此，對于離子半徑更大的鈉離子來說，硬碳比石墨更適合作為負極材料，能夠儲存更多的鈉離子，具有更高的比容量，鈉離子脫嵌過程也更為穩定。但硬碳材料存在首效較低，可逆容量較低等問題，阻礙了硬碳材料的進一步應用。

技術實現思路

1、本申請旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本申請提出一種共摻雜硬碳活性材料及其制備方法及應用，能夠提高硬碳材料的可逆容量。

2、根據本申請的第一方面實施例的共摻雜硬碳活性材料制備方法，s1:將硬碳顆粒與磷酸鹽共同球磨均勻得到第一粉末；s2:將第一粉末在保護氣氛中，在1000℃至1500℃下，保溫4小時至6小時，得到第二粉末；s3:將石墨粉末與硝酸鈉共同加入濃硫酸溶液中，并攪拌0.5小時至1小時，保持0℃至20℃的溶液溫度，繼續加入高錳酸鉀粉末，并繼續攪拌2小時，隨后真空干燥得到第三粉末，將第三粉末在600℃至1200℃退火12小時得到第四粉末；s4:將第二粉末、第四粉末、硫脲和尿素在持續攪拌的狀態下，在保護氣氛中，以500℃至600℃保溫1小時至2小時，隨后升溫到750℃至950℃下保溫1小時至2小時，取出后研磨得到共摻雜硬碳活性材料。

3、根據本申請實施例的共摻雜硬碳活性材料，至少具有如下有益效果:

4、因為磷的氧化物摻雜使得硬碳的較大的晶面間距能夠增加，較大的晶面間距會促進更多鈉離子在硬碳內部的碳層之間的插層從而能夠增加平臺容量。同時，磷的氧化物能夠在沿ab平面的局部結構上引入更多的缺陷，進一步增加平臺和斜坡區域的容量。氮硫原子摻雜到rgo中，使rgo的形態發生改變，增加了褶皺成為顆粒聚集的粗糙的托盤狀薄片形態，使摻雜了硫原子和氮原子的rgo包覆在硬碳粉末的表面，提高了硬碳活性材料的可逆容量和首效，保持較高的庫倫效率。

5、根據本申請的一些實施例，s4中，第二粉末、第四粉末、硫脲和尿素放入高溫包覆機的筒體中，設定攪拌器轉速為75至130轉每分鐘，加熱溫度為溫度以5℃/min的速率升至500℃至600℃，在保護氣氛下保溫1小時至2小時，隨后設定加熱溫度為溫度以5℃/min的速率升至750℃至950℃，保溫1小時至2小時，取出后研磨得到共摻雜硬碳活性材料。

6、根據本申請的一些實施例，s3中，將石墨粉末與硝酸鈉共同加入濃硫酸溶液中，并攪拌0.5小時至1小時，并在冰浴條件下，繼續加入高錳酸鉀粉末，保持0℃至20℃的溶液溫度，并繼續攪拌2小時，向溶液中緩慢滴加30%的過氧化氫溶液，之后加入10%稀鹽酸和去離子水，使溶液的ph值為6-7，隨后真空干燥得到第三粉末，將第三粉末在600℃至1200℃退火12小時得到第四粉末。

7、根據本申請的一些實施例，磷酸鹽為磷酸氫鈉、磷酸氫二鈉、磷酸三鈉或磷酸氫鈉銨中的至少一種。

8、根據本申請的一些實施例，石墨粉末、硝酸鈉的質量比為3:2。

9、根據本申請的一些實施例，第二粉末、第四粉末、硫脲和尿素的質量比為30:5:1:1。

10、根據本申請的一些實施例，硬碳顆粒由核桃殼硬碳材料依次進行清洗、晾干、破碎、過篩得到，硬碳顆粒為400目至600目。

11、根據本申請的一些實施例，保護氣氛包括選自氮氣、氦氣、氖氣、氬氣或氪氣中的至少一種成分。

12、根據本申請的一些實施例，提出一種通過上述共摻雜硬碳活性材料制備方法制備出的共摻雜硬碳活性材料。

13、根據本申請的一些實施例，提出一種通過上述共摻雜硬碳活性材料制備方法制備出的共摻雜硬碳活性材料作為鈉離子電池電極材料的應用。

14、本申請的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本申請的實踐了解到。

技術特征：

1.共摻雜硬碳活性材料制備方法，其特征在于，包括:

2.據權利要求1所述的共摻雜硬碳活性材料制備方法，其特征在于，所述s4中，所述第二粉末、所述第四粉末、所述硫脲和所述尿素放入高溫包覆機的筒體中，設定攪拌器轉速為75至130轉每分鐘，加熱溫度為溫度以5℃/min的速率升至500℃至600℃，在所述保護氣氛下保溫1小時至2小時，隨后設定加熱溫度為溫度以5℃/min的速率升至750℃至950℃，保溫1小時至2小時，取出后研磨得到所述共摻雜硬碳活性材料。

3.據權利要求1所述的共摻雜硬碳活性材料制備方法，其特征在于，所述s3中，將所述石墨粉末與所述硝酸鈉共同加入所述濃硫酸溶液中，并攪拌0.5小時至1小時，并在冰浴條件下，繼續加入所述高錳酸鉀粉末，保持0℃至20℃的溶液溫度，并繼續攪拌2小時，向溶液中緩慢滴加30%的過氧化氫溶液，之后加入10%稀鹽酸和去離子水，使溶液的ph值為6-7，隨后真空干燥得到所述第三粉末，將所述第三粉末在600℃至1200℃退火12小時得到所述第四粉末。

4.根據權利要求1所述的共摻雜硬碳活性材料制備方法，其特征在于，所述磷酸鹽為磷酸氫鈉、磷酸氫二鈉、磷酸三鈉或磷酸氫鈉銨中的至少一種。

5.根據權利要求1所述的共摻雜硬碳活性材料制備方法，其特征在于，所述石墨粉末、所述硝酸鈉的質量比為3:2。

6.根據權利要求1所述的共摻雜硬碳活性材料制備方法，其特征在于，所述第二粉末、所述第四粉末、所述硫脲和所述尿素的質量比為30:5:1:1。

7.根據權利要求1所述的共摻雜硬碳活性材料制備方法，其特征在于，所述硬碳顆粒由核桃殼硬碳材料依次進行清洗、晾干、破碎、過篩得到，所述硬碳顆粒為400目至600目。

8.根據權利要求1所述的共摻雜硬碳活性材料制備方法，其特征在于，所述保護氣氛包括選自氮氣、氦氣、氖氣、氬氣或氪氣中的至少一種成分。

9.根據權利要求1至8中任一所述的制備方法制得的所述共摻雜硬碳活性材料。

10.根據權利要求9中所述的共摻雜硬碳活性材料作為鈉離子電池電極材料的應用。

技術總結
本申請涉及鈉離子電池領域，特別涉及一種共摻雜硬碳活性材料及其制備方法及應用，S1:將硬碳顆粒與磷酸鹽共同球磨均勻得到第一粉末；S2:在保護氣氛中，在1000℃至1500℃下，保溫4小時至6小時，得到第二粉末；S3:將石墨粉末與硝酸鈉共同加入濃硫酸溶液中，并攪拌0.5小時至1小時，保持0℃至20℃的溶液溫度，繼續加入高錳酸鉀粉末，并繼續攪拌2小時，隨后真空干燥得到第三粉末，將第三粉末在600℃至1200℃退火12小時得到第四粉末；S4:將第二粉末、第四粉末、硫脲和尿素在持續攪拌的狀態下，在保護氣氛中，以500℃至600℃保溫1小時至2小時，隨后升溫到750℃至950℃下保溫1小時至2小時，取出后研磨得到共摻雜硬碳活性材料，能夠提高硬碳材料的可逆容量。

技術研發人員：魏春光,吳晉,梁燕
受保護的技術使用者：深圳市寒暑科技新能源有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28