一种硬碳的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种硬碳的制备方法及应用。本发明专利技术提供的制备方法，包括以下步骤：将生物质废料粉末进行盐浸，得到盐浸后的生物质废料粉末；将所述盐浸后的生物质废料粉末依次进行第一碳化、球磨和第二碳化，得到所述硬碳。本发明专利技术先将生物质废料粉末进行盐浸使所述生物质废料粉末中带有盐离子，且所述盐离子在后续的第二碳化过程中会改变碳的微观结构，进而影响硬碳的性能，通过两步碳化过程是为了保证经过第一碳化可以形成初步的碳结构和去除所述生物质中的焦油类物质，便于后续的球磨过程中对生物质废料粉末尺寸的相对可控性，经过第二碳化可以保证形成更加稳定的碳结构。

【技术实现步骤摘要】
一种硬碳的制备方法及应用
本专利技术涉及电池材料
，尤其涉及一种硬碳的制备方法及应用。
技术介绍
地球上存在各种能源，包括化石能源、地热能、风能、水能和太阳能等。我们可以从这些资源中产生可供人类使用的能量，但是为了更加方便地使用这些能量，就需要高效的电能储存系统、锂(Li)是最轻的金属元素，离子半径小，具有许多电化学优势，例如高能量密度，高功率密度以及宽范围的工作温度和良好的工作寿命。因此，基于锂离子的电能储存系统具有广阔的应用前景。无论何种基于锂离子的电能储存系统(锂离子电池、锂离子电容器等)都会在负极材料上依靠锂离子的储存达到储存电荷的目的，从而实现电能的储存。目前，最常用的负极材料是石墨，但石墨存在着电压平台低、理论容量低、倍率性能差的缺点，并且传统的石墨的制备方法繁琐，成本高和技术要求含量高。而硬碳材料在一定程度上弥补了石墨的电压平台低、理论容量低和倍率性能差的缺点，因此具有很大的研究潜力。但是，目前市售的硬碳材料的循环比容量和倍率性能仍然不太理想，并且成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种硬碳的制备方法及应用，所述制备方法成本低，且制备得到的硬碳具有优异的电化学性能。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种硬碳的制备方法，包括以下步骤：将生物质废料粉末进行盐浸，得到盐浸后的生物质废料粉末；将所述盐浸后的生物质废料粉末依次进行第一碳化、球磨和第二碳化，得到所述硬碳。优选的，所述生物质废料粉末的生物质废料为果壳和/或废木材；所述果壳为核桃壳、椰壳、夏威夷果壳、开心果壳、杏仁壳、榛子壳、松子壳、腰果壳、白果壳、碧根果壳和巴旦木壳中的一种或几种；所述废木材为桦树木、黄杨树木、柳树木、硬枫树木和桃树木中的一种或几种。优选的，所述盐浸采用的盐溶液中盐的浓度为(0～1.5)mol/L，且所述盐溶液中盐的浓度不为0；所述盐溶液包括碳酸钾溶液、氯化钾溶液、氯化锌溶液、硝酸钴溶液或硝酸镍溶液。优选的，所述第一碳化的温度为350～600℃，时间为60～180min；升温至所述第一碳化的温度的升温速度为5～15℃/min。优选的，所述球磨的转速为400～900rpm，所述球磨的时间为30～180min。优选的，所述球磨采用的磨球包括直径为3mm的磨球和直径为10mm的磨球；所述直径为3mm的磨球和直径为10mm的磨球的个数比为(1～5)：1。优选的，所述第二碳化的温度为800～1200℃，时间为30～120min；升温至所述第二碳化的温度的升温速度为5～15℃/min。优选的，所述第二碳化完成后，还包括将所得产物进行酸洗；所述酸洗采用的酸液为浓度为0.01～0.5mol/L的盐酸。优选的，所述生物质废料粉末的粒径为10～900μm。本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的硬碳在电池领域中的应用。本专利技术提供了一种硬碳的制备方法，包括以下步骤：将生物质废料粉末进行盐浸，得到盐浸后的生物质废料粉末；将所述盐浸后的生物质废料粉末依次进行第一碳化、球磨和第二碳化，得到所述硬碳。本专利技术将生物质废料粉末进行盐浸使所述生物质废料粉末中带有盐离子，且所述盐离子在后续的第二碳化过程中会改变碳的微观结构，进而影响硬碳的性能，通过两步碳化过程是为了保证经过第一碳化可以形成初步的碳结构和去除所述生物质中的焦油类物质，便于后续的球磨过程中对生物质废料粉末尺寸的相对可控性，经过第二碳化可以保证形成更加稳定的碳结构。相对于现有技术，本专利技术所述技术方案的具有以下有益效果：1、本专利技术采用了简单的工艺和低成本的原料制备得到了硬碳，是一种低耗高效的制备方法，适合于大规模的商业应用；2、本专利技术采用生物质废料作为原料制备得到硬碳材料，实现了废物利用和良性循环；3、本专利技术采用了两步碳化法，通过第一碳化得到了预碳化结构并去除了焦油类的物质，更好的发挥了球磨的作用，球磨后的第二碳化又使硬碳具有良好的结构稳定性；4、本专利技术制备得到的硬碳具有优异的倍率性能和较高的循环稳定容量以及良好的循环寿命。附图说明图1为实施例1制备得到的硬碳的充放电曲线；图2为实施例1制备得到的硬碳的充放电循环曲线；图3为实施例1制备得到的硬碳和商业硬碳的充放电循环曲线；图4为实施例1制备得到的硬碳的SEM图；图5为实施例1制备得到的硬碳的拉曼表征图；图6为实施例2～4制备得到的硬碳的充放电循环曲线；图7为实施例2制备得到的硬碳的充放电曲线；图8为实施例3制备得到的硬碳的充放电曲线；图9为实施例4制备得到的硬碳的充放电曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种硬碳的制备方法，包括以下步骤：将生物质废料粉末进行盐浸，得到盐浸后的生物质废料粉末；将所述盐浸后的生物质废料粉末依次进行第一碳化、球磨和第二碳化，得到所述硬碳。在本专利技术中，若无特殊说明，所有原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。本专利技术将生物质废料粉末进行盐浸，得到盐浸后的生物质废料粉末。在本专利技术中，所述生物质废料粉末优选通过制备得到；所述生物质废料粉末的制备方法优选为：将生物质废料依次进行超声、清洗、干燥和破碎，得到所述生物质废料粉末。在本专利技术中，所述生物质废料优选为果壳和/或废木材；所述果壳优选为核桃壳、椰壳、夏威夷果壳、开心果壳、杏仁壳、榛子壳、松子壳、腰果壳、白果壳、碧根果壳和巴旦木壳中的一种或几种；当所述果壳为上述具体物质中的两种以上时，本专利技术对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。在本专利技术中，所述废木材优选为桦树木、黄杨树木、柳树木、硬枫树木和桃树木中的一种或几种；当所述废木材为上述具体选择中的两种以上时，本专利技术对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。当所述生物废料为果壳和废木材时，本专利技术对所述果壳和废木材的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。在本专利技术中，所述超声优选在蒸馏水中进行，本专利技术对所述超声的条件没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的条件进行即可。本专利技术对所述清洗液没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行清洗即可。在本专利技术中，所述干燥的温度优选为60～100℃，更优选为70～90℃，最优选为75～85℃；本专利技术对所述干燥的时间没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的时间并保证能够使其充分干燥即可。在本专利技术中，所述干燥优选在鼓风干燥箱中进行。在本专利技术中，所述粉碎的时间优选为10～60min，更优选为20～50min，最优选为30～40min。本专利技术中，所述粉碎优选在粉碎机中进行。在本专利技术中，所述生物质废料粉末的粒径优选为10～900μm，更优选为100～500μm。在本专利技术中，所述盐浸采用的盐溶液中盐的浓度优选为(0～1.5)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硬碳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将生物质废料粉末进行盐浸，得到盐浸后的生物质废料粉末；/n将所述盐浸后的生物质废料粉末依次进行第一碳化、球磨和第二碳化，得到所述硬碳。/n

【技术特征摘要】
1.一种硬碳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将生物质废料粉末进行盐浸，得到盐浸后的生物质废料粉末；
将所述盐浸后的生物质废料粉末依次进行第一碳化、球磨和第二碳化，得到所述硬碳。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生物质废料粉末的生物质废料为果壳和/或废木材；
所述果壳为核桃壳、椰壳、夏威夷果壳、开心果壳、杏仁壳、榛子壳、松子壳、腰果壳、白果壳、碧根果壳和巴旦木壳中的一种或几种；
所述废木材为桦树木、黄杨树木、柳树木、硬枫树木和桃树木中的一种或几种。


3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述盐浸采用的盐溶液中盐的浓度为(0～1.5)mol/L，且所述盐溶液中盐的浓度不为0；
所述盐溶液包括碳酸钾溶液、氯化钾溶液、氯化锌溶液、硝酸钴溶液或硝酸镍溶液。


4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一碳化的温度为350～600℃，时间为60～180min；
升温至所述第一碳化的温度的升温速度为5～15℃/min...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢伟，邱智健，李彬，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37