本技术涉及钠离子电池负极材料领域,通过在特定温度下使用活性气体对碳材料进行刻蚀和掺杂改性,实现非碳杂原子的引入,从而获得高性能钠离子电池负极碳材料。该方法通过活性气体刻蚀构建多孔结构,并引入N、O、S等杂原子,调控碳材料表面化学性质。这种结构与化学协同作用,使得碳材料展现出高储钠比容量388.97 mAh/g,显著提升钠离子电池性能。
背景技术
太阳能、风能等清洁可再生能源表现出间歇性和区域性等缺点,需要开发大规模储能技术进行能源的存储与输运。在众多二次电池技术中,钠离子电池具有与锂离子电池相似的电化学工作原理,即载流子在负极材料和正极材料中进行嵌入/脱出,因而钠离子电池基础研究发展快速。此外,钠离子电池具有钠元素储量丰富、价格低廉、安全性高、倍率性能好、低温性能优异等产业化优势,因而在大规模储能领域展现出巨大的应用前景。负极材料是钠离子电池的核心组件之一,其性质直接影响了钠离子电池整体的电化学性能。在众多已开发的负极材料中,碳材料具有导电性高、结构与化学稳定好、易于规模化制备等优点,受到广泛关注,其中硬碳材料更是具备容量高、工作电压低等优点,成为钠离子负极材料领域研究的热点与前沿。
煤具有碳原子含量高、成本低、储量丰富等系列优点,是制备碳材料的良好前驱体。煤中的有机质在分子化学层面主要表现芳烃性质,直接简单热处理容易受π-π作用而形成石墨化程度高的碳材料,其较小的石墨层间距不利于大尺寸钠离子的高效存储,此外煤中的挥发分会在碳材料中引入孔结构,对碳材料的储钠行为产生影响。酚醛树脂具有灰分含量低等优点,是制备高质量碳材料的优异原料之一。椰壳作为价格低廉、来源广泛的生物质材料,经过碳化处理后,具有丰富发达的孔结构且以微孔及大孔为主,并存在部分中孔,但较大的孔结构不利于钠离子的存储,因此需要简单有效的方法对其进行表面、结构改性,提高储钠能力。
实现思路