本發(fā)明涉及鈉離子電池制備，特別是涉及一種磷摻雜的多孔香榧?xì)ぬ疾牧霞捌渲苽浞椒ê蛻?yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鈉離子電池作為一種新興的儲能技術(shù)，因其具有資源豐富、成本低廉、安全性高等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。鈉元素在地殼中的含量非常豐富，約占2.3％，遠(yuǎn)高于鋰和鉀。因此，鈉的資源豐富性使得其適合應(yīng)用于電網(wǎng)儲能、家庭儲能和工業(yè)儲能等大規(guī)模儲能場景。是有望取代鋰離子電池(libs)的候選。

2、碳基材料中軟碳，例如石墨作為成功應(yīng)用于鋰離子電池中的陽極材料，具有較高的初始庫倫效率，但在鈉離子電池體系中由于na+半徑較大和軟碳相對較窄的層間距離(<0.37nm)之間的不匹配，導(dǎo)致軟碳在鈉離子體系中存儲性能較差。然而與之相比，具有豐富的孔隙、缺陷結(jié)構(gòu)的硬碳材料在鈉離子體系中性能表現(xiàn)更佳。

3、然而，硬碳依然面臨首次充放電過程中通常表現(xiàn)出較低的初始庫倫效率(ice)的挑戰(zhàn)。這意味著在首次充電過程中消耗了大量的電荷用于形成固態(tài)電解質(zhì)界面膜(sei膜)和其他副反應(yīng)，導(dǎo)致可逆容量降低。低首效會影響電池的能量密度和實(shí)際應(yīng)用性能。

4、因此，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，實(shí)有必要提出一種技術(shù)方案以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種磷摻雜的多孔香榧?xì)ぬ疾牧霞捌渲苽浞椒ê蛻?yīng)用，本發(fā)明提供的多孔香榧?xì)ぬ疾牧咸岣吡吮热萘俊?/p>

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種磷摻雜的多孔香榧?xì)ぬ疾牧?，由香榧?xì)ず土自床牧现苽涞玫?，所述香榧?xì)ず土姿岫溻c的質(zhì)量比為0.1:0.5～2；所述磷源材料包括磷酸二氫鈉和/或磷酸。

4、優(yōu)選的，所述香榧?xì)ず土自床牧系馁|(zhì)量比為0.1:1～1.5。

5、本發(fā)明還提供了一種上述技術(shù)方案所述多孔香榧?xì)ぬ疾牧系闹苽浞椒?，包括以下步驟：

6、1)將所述香榧?xì)ゎA(yù)熱解，得到預(yù)熱解料；

7、2)將所述步驟1)得到的預(yù)熱解料依次進(jìn)行堿處理和酸處理，洗滌中性后干燥，得到碳樣品；

8、3)將所述步驟2)得到的碳材料與磷源材料煅燒，研磨后，得到多孔香榧?xì)ぬ疾牧稀?/p>

9、優(yōu)選的，所述步驟1)預(yù)熱解的條件包括：以5℃/min升溫到400℃，保溫2h。

10、優(yōu)選的，所述步驟2)堿處理的條件包括：將所述預(yù)熱解料分散于氫氧化鉀溶液中3h；

11、所述氫氧化鉀溶液的溫度為60℃；

12、所述氫氧化鉀溶液的質(zhì)量百分含量為20％。

13、優(yōu)選的，所述步驟2)酸處理的條件包括：所述預(yù)熱解料堿處理后再分散于鹽酸溶液中5h；

14、所述鹽酸溶液的濃度為3mol/l；

15、所述鹽酸溶液的溫度為60℃。

16、優(yōu)選的，所述步驟2)干燥的條件包括：溫度為120℃，時(shí)間為12h。

17、優(yōu)選的，所述步驟3)煅燒的條件包括：以5℃/min升溫到800℃，保溫2h。

18、優(yōu)選的，所述步驟1)香榧?xì)ゎA(yù)熱解前進(jìn)行前處理，包括：將所述香榧?xì)び萌ルx子水超聲清洗后干燥，超聲清洗的次數(shù)在3次以上，每次15min。

19、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述的多孔香榧?xì)ぬ疾牧显谥苽溻c離子電池中的應(yīng)用。

20、有益效果：

21、1、香榧?xì)ぞ邆漭^高碳產(chǎn)率且碳化后結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

22、本發(fā)明硬碳材料來源于香榧堅(jiān)果殼，是具有豐富芳環(huán)的聚合物，主要成分包含約30％纖維素和40％木質(zhì)素。通常在熱解過程中可保證較高的碳產(chǎn)率；并且纖維素表面富集羥基，碳化后具有較好的機(jī)械和熱穩(wěn)定性，適合用于電池電極材料，保障電極結(jié)構(gòu)的循環(huán)穩(wěn)定性。

23、2、摻磷香榧?xì)び蔡疾牧暇哂卸嗫捉Y(jié)構(gòu)

24、在制備硬碳材料時(shí)，磷酸鹽在高溫?zé)峤膺^程中的揮發(fā)，有助于增加硬碳的微孔或介孔結(jié)構(gòu)。這些孔隙結(jié)構(gòu)不僅增加了材料的比表面積，還為鈉離子提供了更多的擴(kuò)散路徑，從而提高了材料的電化學(xué)性能。

25、3、摻磷香榧?xì)び蔡疾牧嫌糜阝c離子電池負(fù)極，電化學(xué)循環(huán)、倍率性能優(yōu)異。

26、當(dāng)香榧?xì)び蔡?torreya?shell-derived?hard?carbon，tshc)與磷源nah2po4的質(zhì)量比為1:15(記為p-tshc15)時(shí)，用作鈉離子電池負(fù)極展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能：最高倍率可達(dá)8ag-1，并在1a?g-1下長循環(huán)1000圈，其比容量衰減率低至0.075％/圈。

27、磷為主體材料提供了多余電子，從而提高其電子導(dǎo)電性(體現(xiàn)在倍率性能好)；摻雜的磷通過p-o鍵，增強(qiáng)碳材料對鈉離子的吸附能力(體現(xiàn)在循環(huán)穩(wěn)定性好)；磷原子半徑大于碳原子半徑摻雜后碳層間距擴(kuò)大并打開封閉的孔隙結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了na+介孔填充和插層作用，有效提升na+存儲更多可能，并最終的平臺區(qū)容量(體現(xiàn)在比容量增加)。

技術(shù)特征：

1.一種磷摻雜的多孔香榧?xì)ぬ疾牧?，其特征在于，由香榧?xì)ず土自床牧现苽涞玫?，所述香榧?xì)ず土自床牧系馁|(zhì)量比為0.1:0.5～2；所述磷源材料包括磷酸二氫鈉和/或磷酸。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔香榧?xì)ぬ疾牧?，其特征在于，所述香榧?xì)ず土自床牧系馁|(zhì)量比為0.1:1～1.5。

3.一種權(quán)利要求1或2所述多孔香榧?xì)ぬ疾牧系闹苽浞椒?，其特征在于，包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟1)預(yù)熱解的條件包括：以5℃/min升溫到400℃，保溫2h。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2)堿處理的條件包括：將所述預(yù)熱解料分散于氫氧化鉀溶液中3h；

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2)酸處理的條件包括：所述預(yù)熱解料堿處理后再分散于鹽酸溶液中5h；

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2)干燥的條件包括：溫度為120℃，時(shí)間為12h。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟3)煅燒的條件包括：以5℃/min升溫到800℃，保溫2h。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟1)香榧?xì)ゎA(yù)熱解前進(jìn)行前處理，包括：將所述香榧?xì)び萌ルx子水超聲清洗后干燥，超聲清洗的次數(shù)在3次以上，每次15min。

10.權(quán)利要求1或2所述的多孔香榧?xì)ぬ疾牧显谥苽溻c離子電池中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及鈉離子電池制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種磷摻雜的多孔香榧?xì)ぬ疾牧霞捌渲苽浞椒ê蛻?yīng)用。多孔香榧?xì)ぬ疾牧嫌上汩細(xì)ず土姿岫溻c制備得到，香榧?xì)ず土姿岫溻c的質(zhì)量比為0.1:0.5～2。當(dāng)香榧?xì)び蔡寂c磷源的質(zhì)量比為1:15時(shí)，用作鈉離子電池負(fù)極展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能：最高倍率可達(dá)8Ag<supgt;?1</supgt;，并在1Ag<supgt;?1</supgt;下長循環(huán)1000圈，其比容量衰減率低至0.075％/圈。

技術(shù)研發(fā)人員：武軍,徐紫斌,崔浩男,蔡玉榮,倪文彬,周曉崇,盛衛(wèi)琴
受保護(hù)的技術(shù)使用者：杭州電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15