本發(fā)明涉及鈉離子電池負(fù)極材料，尤其涉及一種負(fù)極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著可再生能源的快速發(fā)展和能源存儲(chǔ)需求的不斷增加，電池技術(shù)一直處于不斷改進(jìn)和創(chuàng)新的前沿。鈉離子電池作為一種具有潛力的儲(chǔ)能器件，吸引了廣大研究者的興趣。與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，鈉離子電池的材料資源更加廣泛。

2、電池的負(fù)極材料在電池性能中起著關(guān)鍵作用。傳統(tǒng)的電池負(fù)極材料通常是碳材料，如天然石墨或非晶碳，它們?cè)谀承┓矫姹憩F(xiàn)出色，但也存在一些局限性。這些局限性包括：儲(chǔ)鈉容量有限，難以滿足高能量密度的需求；在長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)充放電過(guò)程中，碳負(fù)極材料易于發(fā)生膨脹和收縮，導(dǎo)致電池的循環(huán)壽命受到限制；鈉離子電池的能量密度仍然較低，需要提高以滿足各種應(yīng)用的需求。因此，尋求新的、性能更優(yōu)越的電池負(fù)極材料一直是研究領(lǐng)域的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，提供一種負(fù)極材料及其制備方法和應(yīng)用，該制備方法可以將銅負(fù)載到生物質(zhì)多孔碳結(jié)構(gòu)中，這樣使得制備得到的負(fù)極材料兼具了生物質(zhì)多孔碳和銅的優(yōu)點(diǎn)，可以提高鈉離子電池的首周庫(kù)倫效率、充電比容量和循環(huán)容量保持率等電化學(xué)性能。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種負(fù)極材料的制備方法，所述制備方法包括：

3、將銅鹽溶于去離子水中，得到銅前驅(qū)體溶液；

4、將生物質(zhì)多孔碳浸于所述銅前驅(qū)體溶液中邊攪拌邊浸泡，得到混合溶液；其中，所述生物質(zhì)多孔碳與所述銅鹽的中的銅元素質(zhì)量比為20:1-200：1；攪拌時(shí)間為1小時(shí)-10小時(shí)，攪拌速率為500轉(zhuǎn)/分鐘-2000轉(zhuǎn)/分鐘；

5、將所述混合溶液進(jìn)行噴霧干燥，得到銅鹽與生物質(zhì)多碳混合的粉末狀物質(zhì)；

6、在惰性氣氛下，將所述粉末狀物質(zhì)置于回轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行燒結(jié)，使得粉末狀物質(zhì)中的銅鹽分解之后被碳還原成銅單質(zhì)，負(fù)載到所述生物質(zhì)多孔碳中，得到所述負(fù)極材料。

7、優(yōu)選的，所述銅鹽包括硫酸銅、硝酸銅或堿式氯化銅中的一種或多種。

8、優(yōu)選的，所述銅前驅(qū)體溶液中銅離子與溶劑的質(zhì)量比為1:2000-1:10。

9、優(yōu)選的，所述生物質(zhì)多孔碳包括木質(zhì)多孔碳、椰殼多孔碳或秸稈多孔碳中的一種或多種。

10、優(yōu)選的，所述噴霧干燥的進(jìn)風(fēng)口溫度為150℃-250℃，出風(fēng)口溫度為110℃-150℃，頻率為150hz-280hz。

11、優(yōu)選的，所述燒結(jié)具體為：

12、以2℃/分鐘-10℃/分鐘的升溫速率由室溫升至600℃-1000℃，保溫2小時(shí)-10小時(shí)。

13、優(yōu)選的，所述惰性氣氛為氮?dú)饣驓鍤狻?/p>

14、第二方面，本發(fā)明提供了一種負(fù)極材料，所述負(fù)極材料由上述第一方面任一所述的制備方法制備而成。

15、第三方面，本發(fā)明提供了一種負(fù)極極片，所述負(fù)極極片包括第二方面所述的負(fù)極材料。

16、第四方面，本發(fā)明提供了一種鈉離子電池，所述鈉離子電池包括第三方面所述的負(fù)極極片。

17、本發(fā)明實(shí)施例提供的一種負(fù)極材料的制備方法，通過(guò)浸漬、噴霧干燥的方式將銅離子負(fù)載到生物質(zhì)多孔碳上，再利用高溫還原法將金屬銅離子還原成金屬銅單質(zhì)，得到了負(fù)極材料。該負(fù)極材料利用了生物質(zhì)多孔碳材料的高表面積、導(dǎo)電性和可調(diào)控的結(jié)構(gòu)以及銅良好的電化學(xué)特性，可以提升鈉離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能，從而可以提高鈉離子電池的首周庫(kù)倫效率、充電比容量和循環(huán)容量保持率等電化學(xué)性能，還可以提高鈉離子電池的穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述銅鹽包括硫酸銅、硝酸銅或堿式氯化銅中的一種或多種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述銅前驅(qū)體溶液中銅離子與溶劑的質(zhì)量比為1:2000-1:10。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述生物質(zhì)多孔碳包括木質(zhì)多孔碳、椰殼多孔碳或秸稈多孔碳中的一種或多種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述噴霧干燥的進(jìn)風(fēng)口溫度為150℃-250℃，出風(fēng)口溫度為110℃-150℃，頻率為150hz-280hz。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)具體為：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述惰性氣氛為氮?dú)饣驓鍤狻?/p>

8.一種負(fù)極材料，其特征在于，所述負(fù)極材料由上述權(quán)利要求1-7任一所述的制備方法制備而成。

9.一種負(fù)極極片，其特征在于，所述負(fù)極極片包括權(quán)利要求8所述的負(fù)極材料。

10.一種鈉離子電池，其特征在于，所述鈉離子電池包括權(quán)利要求9所述的負(fù)極極片。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明實(shí)施例涉及一種負(fù)極材料及其制備方法和應(yīng)用該制備方法包括：將銅鹽溶于去離子水中，得到銅前驅(qū)體溶液；將生物質(zhì)多孔碳浸于銅前驅(qū)體溶液中邊攪拌邊浸泡，得到混合溶液；其中，生物質(zhì)多孔碳與銅鹽中的銅元素的質(zhì)量比為20:1?200：1；攪拌時(shí)間為1小時(shí)?10小時(shí)，攪拌速率為500轉(zhuǎn)/分鐘?2000轉(zhuǎn)/分鐘；將混合溶液進(jìn)行噴霧干燥，得到銅鹽與生物質(zhì)多碳混合的粉末狀物質(zhì)；在惰性氣氛下，將粉末狀物質(zhì)置于回轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行燒結(jié)，使得粉末狀物質(zhì)中的銅鹽分解之后被碳還原成銅單質(zhì)，負(fù)載到生物質(zhì)多孔碳中，得到負(fù)極材料。

技術(shù)研發(fā)人員：劉潔,楊偉,王會(huì)芬,劉柏男,羅飛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：溧陽(yáng)天目先導(dǎo)電池材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28