本發(fā)明屬于鈉離子電池負(fù)極材料，具體為一種負(fù)極多孔碳材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、鋰電池是一種常見的充電式二次電池，在結(jié)構(gòu)上包括正極材料、負(fù)極材料、電解質(zhì)和隔膜等。隔膜用于隔離正極和負(fù)極，防止短路。電解質(zhì)是正極和負(fù)極之間的導(dǎo)電介質(zhì)，主要功能是允許鋰離子在正極和負(fù)極之間傳輸。鋰離子電池的正極材料一般為含鋰化合物，負(fù)極材料一般為碳材料，充電過程中，鋰離子從正極移動到負(fù)極，嵌入負(fù)極材料中，放電過程中，鋰離子從負(fù)極脫嵌并回到正極。鋰電池相較于鉛酸電池具有能量密度大、工作電壓高、自放電率小、體積小、重量輕、循環(huán)壽命長等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于各種便攜式電子設(shè)備、電動汽車、無人機(jī)等產(chǎn)品中。

2、隨著新能源汽車行業(yè)的發(fā)展，對于提高鋰電池的能量密度的研究也在不斷進(jìn)行。鋰電池的能量密度受多個(gè)因素影響，除了電池本身尺寸和形狀的限制，以及電池使用溫度等的影響，正極材料和負(fù)極材料的能量密度是決定鋰離子電池能量密度的關(guān)鍵因素?，F(xiàn)有負(fù)極材料存在收縮膨脹率較大的問題，在電池充放電過程中由于體積的變化，負(fù)極材料出現(xiàn)裂紋或剝落，最終影響電池的使用壽命。

3、中國專利cn109256541b公告了一種硬碳負(fù)極材料，采用油水混熱法合成了納米帶狀v3o7并帶有結(jié)晶水的電池負(fù)極材料，具有典型的層狀晶體結(jié)構(gòu)，并且具有較大的層間距，有利于鋰離子在層間自由運(yùn)動，負(fù)極材料具有柔軟的一維納米狀形貌，可以縮短鋰離子的擴(kuò)散距離，緩解鋰離子脫嵌所產(chǎn)生的體積變化，但是該方案中納米帶的緩解能力較低，在循環(huán)多次后不足以有效緩解體積變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種負(fù)極多孔碳材料及其制備方法，通過mxene納米片包覆導(dǎo)電中空碳球，并沉積在泡沫碳表面，通過層狀、中空狀和泡沫狀三級協(xié)同，在緩解體積膨脹的時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)剛?cè)岵?jì)的效果。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種負(fù)極多孔碳材料的制備方法，包括如下步驟：

4、將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30-40%的甲醛溶液、磷酸二氫銨、苯酚、mxene納米片包覆導(dǎo)電中空碳球和去離子水a(chǎn)加入反應(yīng)釜中，在55-60℃和500-600r/min下攪拌1-2h，然后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-2%的氫氧化鈉溶液，繼續(xù)反應(yīng)1-2h，在95-100℃下加熱1-2h，將產(chǎn)物冷卻至60-70℃，用濃度為1mol/l的鹽酸溶液調(diào)節(jié)ph值至中性，并在真空度0.092-0.098mpa下減壓蒸餾，脫水，將產(chǎn)物置于吐溫80、正戊烷、濃硫酸和去離子水b的混合溶液中，3000-3500r/min攪拌20-25min，將混合物轉(zhuǎn)移至模具中，在60-70℃下發(fā)泡并固化20-22h，將產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至馬弗爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在550-600℃下煅燒2-3h，得到一種負(fù)極多孔碳材料。

5、進(jìn)一步地，甲醛溶液、磷酸二氫銨、苯酚、mxene納米片包覆導(dǎo)電中空碳球、去離子水a(chǎn)、氫氧化鈉溶液、吐溫80、正戊烷、濃硫酸和去離子水b的用量比為70-80ml：12-14g：80-100g：15-20g：500-600ml：10-12ml：1-2ml：40-60ml：4-5ml：10-12ml。

6、進(jìn)一步地，mxene納米片包覆導(dǎo)電中空碳球的制備步驟如下：

7、將導(dǎo)電中空碳球、mxene納米片的懸浮物和n,n－二甲基甲酰胺加入反應(yīng)釜中，在20-25℃和400r/min下攪拌4-5h，5000-6000r/min下離心10-15min，過濾，將濾餅用去離子水和乙醇洗滌2-4次，60-70℃真空干燥1-2h，得到mxene納米片包覆導(dǎo)電中空碳球。

8、進(jìn)一步地，導(dǎo)電中空碳球、mxene納米片的懸浮物和n,n－二甲基甲酰胺的用量比為20-30g：40-50g：1-2l。

9、進(jìn)一步地，導(dǎo)電中空碳球的制備步驟如下：

10、將粒徑為20-30nm的聚苯乙烯納米微球、磺酸改性丙烯酸/苯胺和去離子水加入反應(yīng)釜中，在20-25℃和400r/min下攪拌20-30min，然后加入引發(fā)劑過硫酸銨，加熱至80-90℃，繼續(xù)攪拌4-5h，降溫至0℃，繼續(xù)反應(yīng)12-14h，過濾，將濾餅用n,n－二甲基甲酰胺洗滌除去聚苯乙烯模板，再用無水乙醇洗滌2-4次，60-70℃真空干燥1-2h，將產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至馬弗爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在550-600℃下煅燒2-3h，得到導(dǎo)電中空碳球。

11、進(jìn)一步地，聚苯乙烯納米微球、磺酸改性丙烯酸/苯胺、去離子水和過硫酸銨的用量比為20-30g：50-60g：1-2l：2-3g：

12、進(jìn)一步地，mxene納米片的懸浮物的制備步驟如下：

13、將氟化鋰和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35-40%的鹽酸溶液加入反應(yīng)釜中，在20-25℃和400r/min下攪拌20-30min，然后加入鈦碳化鋁，繼續(xù)攪拌48-50h，5000-6000r/min下離心3-5min，過濾，將濾餅用去離子水和乙醇洗滌至最后一次洗滌液呈中性，在氬氣流量為20-25ml/min下超聲剝離，5000-6000r/min下離心1-2min，得到mxene納米片的懸浮物。

14、進(jìn)一步地，氟化鋰、鹽酸溶液和鈦碳化鋁的用量比為30-40g：500-600ml：12-15g。

15、進(jìn)一步地，磺酸改性丙烯酸/苯胺的制備步驟如下：

16、將丙烯酸改性羥基苯胺、3-巰基丙基三甲氧基硅烷和乙醇溶液加入反應(yīng)釜中，在60-70℃和500-600r/min下攪拌1-2h，過濾，將濾餅用去離子水洗滌2-4次，60-70℃真空干燥1-2h，得到巰基改性丙烯酸/苯胺；將巰基改性丙烯酸/苯胺和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20-25wt%的過氧化氫溶液按照用量比20-30g：200-300ml加入反應(yīng)釜中，在20-25℃和500-600r/min下攪拌反應(yīng)1-2h，然后加入濃度為0.5m氫氧化鈉溶液至ph值9，過濾，將濾餅用去離子水和乙醇洗滌2-4次，60-70℃真空干燥1-2h，得到磺酸改性丙烯酸/苯胺。

17、進(jìn)一步地，丙烯酸改性羥基苯胺、3-巰基丙基三甲氧基硅烷和乙醇溶液的用量比為40-50g：100-200ml：500-600ml。

18、進(jìn)一步地，丙烯酸改性羥基苯胺的制備步驟如下：

19、將2-羥基苯胺和去離子水加入反應(yīng)釜中，在80-85℃和400-500r/min下攪拌1-2h，然后加入丙烯酸溶液和阻聚劑對苯二酚，繼續(xù)反應(yīng)1-2h，過濾，將濾餅用去離子水洗滌2-4次，60-70℃真空干燥1-2h，得到丙烯酸改性羥基苯胺。

20、進(jìn)一步地，2-羥基苯胺、去離子水、丙烯酸溶液和對苯二酚的用量比為40-50g：200-300ml：50-60ml：0.5-0.8g。

21、本發(fā)明的有益效果：

22、1.本發(fā)明能夠顯著增加鋰電池的電導(dǎo)率，促進(jìn)鋰離子快速傳輸，緩解鋰電池充放電過程中體積膨脹的問題，增加鋰電池的循環(huán)容量、首次放電容量和首次庫倫效率。

23、2.本發(fā)明的磺酸改性丙烯酸/苯胺，通過丙烯酸的羧基與2-羥基苯胺的羧基反應(yīng)，得到丙烯酸改性羥基苯胺,剩余的羥基基團(tuán)與3-巰基丙基三甲氧基硅烷水解生成的硅羥基結(jié)合，得到巰基改性丙烯酸/苯胺并在過氧化氫的作用下得到磺酸改性丙烯酸/苯胺，在煅燒后聚苯胺和磺酸基團(tuán)能夠形成硫氮摻雜的導(dǎo)電中空碳球，硫摻雜可參與sei膜的形成，生成穩(wěn)定界面層，減少電解液分解和活性鋰的不可逆消耗，提升首次庫倫效率，氮摻雜可以構(gòu)建電子高速通道，提高導(dǎo)電性。

24、3.本發(fā)明的mxene納米片包覆導(dǎo)電中空碳球，通過丙烯酸在過硫酸銨分解產(chǎn)生自由基，引發(fā)丙烯酸與苯胺的共聚反應(yīng)，以聚苯乙烯納米微球?yàn)槟０逶诒砻嫘纬山宦?lián)殼層，用n,n－二甲基甲酰胺洗滌除去聚苯乙烯模板后再碳化，得到導(dǎo)電中空碳球，mxene納米片的懸浮物通過氫鍵自組裝在導(dǎo)電中空碳球表面，得到mxene納米片包覆導(dǎo)電中空碳球，mxene納米片的層狀結(jié)構(gòu)包覆在中空碳球表面形成核殼結(jié)構(gòu)，納米片的可以依賴層狀結(jié)構(gòu)并且中空碳球可以依賴中空結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步緩解鋰電池充放電過程中體積膨脹，導(dǎo)電中空碳球和mxene納米片具備優(yōu)異的導(dǎo)電性，能夠增加鋰電池的導(dǎo)電能力，通過mxene納米片、導(dǎo)電中空碳球和泡沫碳構(gòu)建的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，能夠增加鋰電池的導(dǎo)電能力，提高鋰電池的高倍率性能。

25、4.通過甲醛和苯酚生成酚醛樹脂泡沫材料并碳化得到酚醛樹脂泡沫碳，并且表面負(fù)載著mxene納米片包覆導(dǎo)電中空碳球，內(nèi)部空腔為鋰離子嵌入預(yù)留膨脹空間，緩解顆粒內(nèi)部應(yīng)力，層狀結(jié)構(gòu)具有柔性，吸收體積變化產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力，防止結(jié)構(gòu)崩塌。